[发明专利]一种稀土掺杂硅基薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂硅基薄膜材料及其制备方法，属于光伏材料制备技术领域。所述稀土掺杂硅基薄膜材料的制备包括多晶材料的制备、磁控溅射处理、稀土元素的掺杂三个主要步骤。本发明提供的制备工艺简单，可控性强；制备得到的稀土掺杂硅基薄膜材料光电转化率高，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于光伏材料制备技术领域，具体涉及一种稀土掺杂硅基薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着不可再生能源的消费，加强风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的开发利用十分重要。其中，太阳能利用过程中最重要的是太阳能电池，其是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的装置；根据材料的不同，太阳能电池可以分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型电池、有机太阳能电池、纳米晶太阳能电池、塑料太阳能电池等。其中，根据硅材料的不同，硅太阳能电池又可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅等。当前，太阳能电池的发展已经经历了三代，第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。

现有技术中，专利文献CN106340552B公开了一种稀土掺杂的光伏薄膜材料，其制备方法如下：步骤1，将铜盐放入至反应釜中，加入溶剂与催化剂，搅拌均匀得到铜液；步骤2，将硫化物缓慢加入至无水乙醇中，搅拌均匀，加入稳定剂，得到硫液；步骤3，将硫液缓慢滴加至铜液中，搅拌均匀，得到混合液，密封静置2-5h；步骤4，将EDTA缓慢滴加至缓和液，并形成曝气反应3-5h，得到络合液；步骤5，将氧化钇加入至络合液中，搅拌均匀，然后进行水浴超声反应2-4h；步骤6，将超声反应后的络合液中加入引发剂，进行回流曝气还原反应3-5h；步骤7，将还原反应后的还原液加入分散剂，并进行恒温蒸馏反应，即可得到光伏薄膜材料。整个制备工艺相对复杂，使用到的硫化氢毒性高，且光电转化效率还有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种稀土掺杂硅基薄膜材料，光电转化效率高，应用前景好。

本发明的另外一个目的在于提供上述稀土掺杂硅基薄膜材料的制备方法，制备工艺简单，可操作性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土掺杂硅基薄膜材料，包括如下步骤：

S1、多晶材料的制备：将ZnO与Ga₂O₃混合研磨后进行压片，随后进行煅烧；煅烧完成后即得多晶材料；

S2、磁控溅射处理：将步骤S1制备得到的多晶材料通过磁控溅射的方式溅射到硅基材料上，得材料a；

S3、稀土元素的掺杂：在惰性气氛中，将步骤S2所得材料a先进行第一次退火处理，得材料b，随后注入稀土离子；最后，在惰性气氛中，进行第二次退火处理，即得稀土掺杂硅基薄膜材料；

其中，稀土离子由摩尔比为1～3：1～3：1的Gd₂O₃、La₂O₃、Sc₂O₃均匀混合而成。

优选的，步骤S1中，ZnO与Ga₂O₃的摩尔比为1.2～1.8：1。

优选的，步骤S1中，压片压力为6～10MPa，保压时间为3～8min；煅烧温度为1100～1500℃，煅烧时间为6～24h。

优选的，步骤S2中，所述硅基材料选自单晶硅光伏薄膜材料、多晶硅光伏薄膜材料中的一种或两种。