[发明专利]一种基于多级原位热处理的无机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多级原位热处理的无机太阳能电池，属于无机薄膜光伏发电领域，所述无机太阳能电池采用正置结构，从下到上依次为衬底，透明导电电极ITO，CdS缓冲层，Sb₂Se₃吸收层及金属电极，所述Sb₂Se₃吸收层制备后采用多级原位进行热处理。在原位热处理的基础上进一步的协同应用多级原位处理，即在硒化氢与硫化氢气氛中进行热退火处理，向Sb₂Se₃薄膜补充硒原子和硫原子，填补缺陷，促进晶体再次生长，从而提高薄膜的平整度，减少缺陷，进一步的提高薄膜质量，提升光伏器件性能。

技术领域

本发明属于无机薄膜光伏发电领域，具体的涉及一种基于多级原位热处理的无机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

由于严峻的能源形势和紧迫的能源技术革新，太阳能电池行业得到迅速发展，其中薄膜太阳能电池在太阳能电池市场上具有巨大的潜力。薄膜太阳能电池是由几种不同的半导体、金属氧化物和金属材料叠加而成的异质结器件，由于其光电转换效率较高且制备过程简单，引起了人们的注意。薄膜太阳能电池大致有无机薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池，相对于有机薄膜太阳能电池，无机薄膜太阳能电池稳定性良好，寿命长，材料供应来源广，具有较大的研究价值和商业价值，在地面阳光发电和空间微小卫星动力电源方面具有较大的前景。

Sb₂Se₃作为一种已被证明有效的薄膜太阳能电池的吸收层材料，因其具有高的透明度，可调的禁带宽度已匹配不同的吸收层材料、无毒无害、元素储量丰富、制备成本低等优势，受到人们广泛青睐。因此Sb₂Se₃成为无机薄膜光伏器件吸收层材料的有力替代者。Sb₂Se₃可以通过各种真空沉积技术和喷雾热解法制备，真空沉积技术包括原子层沉积技术、双靶磁控溅射、分子束外延技术等。其中，最关键的技术难题是必须在成膜和后续处理期间控制薄膜的成核速率和晶体生长，以便获得大面积、高质量的无针孔Sb₂Se₃薄膜。然而传统的热处理方法是在沉积的薄膜完全冷却后重新加热。冷却和再加热过程可能会中断沉积薄膜中原始晶体的生长，促进新晶体的形核和生长，从而影响最终薄膜的性能。为了使薄膜中的晶体连续生长，应尝试一种避免冷却和再加热过程的热处理方法。基于此，如何提供一种有效的工艺方法，同时实现抑制新成核、提高原晶体生长两个目标，进而制备高质量无机太阳能电池薄膜质量，已经成为该领域急需解决的一道难题。

发明内容

本发明的目的在于：如何提供一种基于多级原位热处理法的Sb₂Se₃光伏器件及其制备工艺，旨在提供一种简洁有效的后处理工艺，解决大面积Sb₂Se₃光伏器件中Sb₂Se₃薄膜结晶性差，结晶颗粒尺寸小的问题，进而提高Sb₂Se₃光伏器件性能，进一步地，本发明的多级原位热处理法能够避免冷却和再加热过程，促进原始晶体的生长，避免新晶体的形核和生长。

本发明采用的技术方案如下：一种基于多级原位热处理的无机太阳能电池，所述无机太阳能电池采用正置结构，从下到上依次为衬底，透明导电电极ITO，CdS缓冲层，Sb₂Se₃吸收层及金属电极，所述Sb₂Se₃吸收层制备后采用多级原位进行热处理。

本发明对Sb₂Se₃薄膜进行多级原位热处理，影响薄膜的结晶度，促进晶体的生长，影响晶体择优外延生长方向；原位退火热处理可以避免传统退火方法冷却和再加热过程，以保证薄膜中的晶体连续生长，从而提高薄膜的质量，提升器件的光电转换效率。