[发明专利]高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜、硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜、硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法，解决现有硒化锑薄膜太阳能电池存在效率较低，稳定性较差的问题。本发明采用无毒缓冲层，制备顶衬结构的FTO/SnO₂/Sb₂Se₃/Au薄膜太阳能电池或ITO/SnO₂/Sb₂Se₃/Au薄膜太阳能电池，并采用热处理工艺，使硒化锑薄膜[221]和[211]择优生长取向增强，提高了(hk1)晶面丰度，促进了载流子的传输效率，使器件效率得到提高。该无毒太阳能电池可大面积制备，且在整个制备过程中无污染，适于工业化生产与应用。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件技术领域，具体涉及高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜、硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着地球人口的持续增长和社会经济的蓬勃发展，能源的需求也日益增加，能源短缺已成为世界关注的一个至关重要的问题。新能源的开发和利用备受关注，在众多新能源中，薄膜太阳能电池以其原材料消耗少、轻便可柔性等特点，一直是能源领域的研究热点，其中铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)已成功商业化，但因其原材料In和Ga价格昂贵、Cd具有生物毒性，限制了自身发展，需要继续探索廉价无毒的太阳能电池材料。

硒化锑属于V-VI族无机半导体材料，化学式为Sb₂Se₃，常压下只有一种正交相，硒和锑元素储量丰富、价格低廉，且硒化锑具有合适的禁带宽度 (～1.17eV)、良好的光电响应、在紫外和可见光区域较大的吸收系数以及较好的化学稳定性，非常适合作为无机薄膜太阳能电池吸光层材料。

目前，已有的硒化锑薄膜太阳能电池择优生长面多为(221)、(230)和 (120)，其中，较多的(hk0)晶面使得光生载流子的传输效率下降，进而导致太阳能电池效率较低。同时，现有的硒化锑薄膜太阳能电池主要采用CdS作为缓冲层，Cd的生物毒性以及Cd⁺在异质结界面的扩散也会导致器件稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有硒化锑薄膜太阳能电池存在效率较低，稳定性较差的问题，而提供了一种高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜、硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种提升硒化锑薄膜(hk1)晶面丰度的方法，其特殊之处在于，对硒化锑薄膜进行原位退火或者硒化退火，使硒化锑薄膜沿[221]和/或[211]方向择优生长。

进一步地，所述原位退火的具体方式是：将采用近空间升华法制备的硒化锑薄膜随炉冷却至室温，在300～400℃下进行原位退火，退火时间为 20～40min；

所述硒化退火的具体方式是：将采用近空间升华法制备的硒化锑薄膜置于硒氛围中，抽真空至1～5Pa，在300～400℃下进行硒化退火，退火时间为 20～40min。

同时，本发明还提供了采用上述方法制备的具有高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜。

一种具有高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜太阳能电池，其特殊之处在于，其结构自下而上依次为玻璃基底、透明导电金属氧化物层、N型缓冲层、硒化锑吸光层以及电极层；

其中，硒化锑吸光层采用上述方法制备的具有高(hk1)晶面丰度的硒化锑薄膜；

所述N型缓冲层为SnO₂缓冲层。

进一步地，所述透明导电金属氧化物层为ITO(氧化铟锡)或FTO(掺杂氟的SnO₂)，厚度为150～200nm；

所述SnO₂缓冲层的厚度为50～120nm；