[发明专利]一种基于Bi掺杂硫锑银的无机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Bi掺杂硫锑银的无机薄膜太阳能电池及其制备方法，涉及无机多元化合物薄膜光伏研究领域，所述无机薄膜太阳能电池采用正置结构，从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，缓冲层，无机光吸收层，金属阳极，所述无机光吸收层为Bi掺杂AgSbS₂无机光吸收层薄膜。本发明通过掺入Bi元素(掺杂摩尔量为Bi/(Bi+Sb)＝1～5％)，能够对AgSbS₂薄膜的表面缺陷进行填充与钝化，提高了薄膜的质量，提高了电池的短路电流密度、开路电压和填充因子，使电池的转换效率得到提高。

技术领域

本发明涉及无机多元化合物薄膜光伏研究领域，具体的涉及一种基于Bi掺杂硫锑银的无机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，由于化石燃料的过度消耗产生的多种有害气体，造成的环境污染及气候变暖等问题的日益严重，因此，作为绿色新型清洁能源之一的太阳能受到广泛关注，其中太阳能光伏产业以其体量大、无地理位置限制等优势得到迅速发展。目前，已经商业化的太阳能电池有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池等，但是这些电池因为制备成本高和有害废料排放的问题还无法适应进一步的商业化发展，众多研究者都在寻找更廉价，适合大规模生产的新型化合物加以替代。其中，AgSbS₂因禁带宽度合适、吸收系数高、绿色无毒、价格低廉等优点，是一种合适的无机薄膜太阳能电池吸收层材料。

和其他制备方法相比，采用喷雾热解法制备AgSbS₂薄膜不仅成本低，制备过程简单，而且制备得到的AgSbS₂薄膜纯度较高。然而，目前通过喷雾热解法制备的AgSbS₂薄膜太阳能电池的性能较低，这主要是由于制备的AgSbS₂薄膜孔隙较多，致密性差，限制了AgSbS₂薄膜太阳能电池的效率，因此，如何研究开发一种新型薄膜制备方式解决AgSbS₂薄膜成膜质量问题，是当前该领域亟待解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的在于：针对喷雾热解法制备的AgSbS₂薄膜太阳能电池的不足，提供一种吸光性更好、电池短路电流密度更高、电池转换效率得到改善的基于Bi掺杂AgSbS₂的无机薄膜太阳能电池及其制备方法；Bi掺杂可以钝化AgSbS₂薄膜表面缺陷，使薄膜更加均匀、致密，减少载流子复合。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于Bi掺杂硫锑银的无机薄膜太阳能电池，所述无机薄膜太阳能电池采用正置结构，从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，缓冲层，无机光吸收层，金属阳极，所述无机光吸收层为Bi掺杂AgSbS₂无机光吸收层薄膜。

优选地，所述无机光吸收层中Bi的掺杂摩尔量比例为Bi/(Bi+Sb)＝1～5％。

优选地，所述无机光吸收层制备为先将硝酸银、乙酸锑、硫脲和硝酸铋按照摩尔比Ag:Sb:S＝1:1:2，Bi掺杂摩尔比Bi/(Bi+Sb)＝1％～5％进行混合形成前驱体溶液，经喷雾热解后沉积为Bi掺杂AgSbS₂薄膜，所述Bi掺杂AgSbS₂薄膜在硒蒸气氛围下进行退火处理得到Bi掺杂AgSbS₂无机光吸收层；所述Bi掺杂AgSbS₂无机光吸收层厚度范围为800～1000nm。

本发明以硝酸银作为银源，乙酸锑作为锑源，硫脲作为硫源，硝酸铋作为铋源，采取喷雾热解法在缓冲层上沉积Bi掺杂AgSbS₂薄膜，Bi掺杂使AgSbS₂薄膜表面形貌得到了改善，薄膜孔隙变小，更加均匀、致密，减少了载流子的复合；以此作为薄膜太阳能电池的光吸收层，可使电池的短路电流密度和填充因子得到提高，从而提升电池转换效率。

优选地，所述缓冲层为CdS缓冲层薄膜，CdS缓冲层薄膜厚度为120-180nm。