[发明专利]薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本、无毒的薄膜太阳能电池及其制备方法，属于无机非金属材料科学和光电薄膜与器件制造领域。

背景技术

无机薄膜太阳能电池具有转换效率高、价格低廉、轻薄的等优势，具有广泛的应用前景。目前现有的薄膜太阳能电池吸收材料通常含有较多含量的有毒元素和稀有元素，如碲化镉太阳能电池含有有毒元素镉和稀有元素碲，铜铟镓硒太阳能电池含有稀有且昂贵元素铟、镓，很大程度上限制了它们的规模化生产和和长期使用。因此，采用来源广泛、价格低廉、绿色无毒的半导体材料作为太阳能电池材料是未来太阳能电池发展的趋势。

Sb₂S₃(Se)太阳能电池原材料储量丰富，禁带宽度约为1.1-1.2Ev，理论光电转换效率＞30％，基本无毒，且不含和稀有元素，比较适合规模化生产和应用。

然而目前Sb₂S₃(Se)薄膜材料及基于该材料的薄膜太阳能电池的研究极少。

比较接近的Sb₂Se₃材料及薄膜太阳能电池光电转换效率仅仅取得了5.6％的效率，而且用于制备Sb₂Se₃太阳能电池的方法只有两种，第一种为真空方式沉积：如【期刊论文，Thin-film Sb2Se3photovoltaics with oriented one-dimensional ribbons and benign grain boundaries.NAT PHOTONICS.2015；9:409-415.】所提到的；第二种为采用剧毒的水合肼做为溶剂制备，如：【期刊论文，Solution-Processed Antimony Selenide Heterojunction Solar Cells.ADV ENERGY MATER.2014；4:1079-1098】所提到的。

其中第一种真空方式沉积无疑会增加Sb₂Se₃薄膜太阳能电池的设备成本和生产周期，且尺寸受真空度及腔体限制，规模化生产较难，制造成本较高。

而第二种方法中水合肼对人和环境将造成难以估计的破坏，因此也不适合用Sb₂Se₃薄膜太阳能电池的生产。

此外，由于Sb₂S₃(Se)或Sb₂Se₃薄膜与Ag等价格便宜的常见金属电极的结合力差，现有技术中Sb₂S₃(Se)或Sb₂Se₃太阳能电池的阳极通常采用贵金属Au作为电极，显著提高了材料成本，进一步限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于新材料、新结构的Sb₂S₃(Se)薄膜太阳能电池，及一种生产与设备简单，成本低廉，能制备大面积Sb₂S₃(Se)薄膜及其太阳能电池的工艺方法。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种薄膜太阳能电池，该太阳能电池是以Sb₂S₃(Se)材料作为吸光层，其结构顺次为FTO层、CdS层、Sb₂S₃(Se)层、缓冲层及金属电极，其中缓冲层为p型过渡金属氧化物，金属电极为高功函数金属。

缓冲层的作用在于可以提高Sb₂S₃(Se)层与金属电极的结合力，特别说明的是，没有缓冲层的情况下Sb₂S₃(Se)层上难以沉积Ag电极。

进一步，Sb₂S₃(Se)层厚度为500-1500nm，其中缓冲层厚度为3-15nm，金属电极厚度为60-120nm。

进一步，p型过渡金属氧化物包括WO₃、MoO₃、NiO或CoO。

进一步，高功函数金属包括Ag，Au或Pt。

特别地，Ag价格相对较低，导电性良好，是首选材料。

优选地，Sb₂S₃薄膜厚度为800nm。