[发明专利]一种平板异质结无机薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳电池及其制备方法技术领域，尤其是一种平板异质结无机薄膜太阳电池及其制备方法，包括金电极、空穴传输层、叠加多层光吸收材料、三硫化锑光吸收层、修饰层、二氧化钛层和FTO导电玻璃，所述金电极为纳米硒化锌修饰金电极，所述叠加多层光吸收材料采用Al₂O₃、ZrO₂或SiO₂纳米粒子负载银氧化锡纳米粒子作为光吸收材料，所述二氧化钛层为纳米结构。本发明通过用旋涂技术的旋涂次数控制TiO₂薄膜厚度达到最佳值；化学浴沉积技术控制沉积时间来达到Sb₂S₃薄膜厚度的最佳值；掺杂技术通过选择合适种类的掺杂材料和掺杂量使Sb₂S₃体内载流子(电子和空穴)浓度达到最佳值。

技术领域

本发明涉及太阳电池及其制备方法技术领域，尤其涉及一种平板异质结无机薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

将太阳能转化成电能，实现光伏发电，是利用可再生能源的一种重要方式。光伏发电系统中最关键的是捕获和转化太阳能的装置，即太阳电池。实际应用中的太阳电池需要满足两个基本要求：较高的效率(10％)和稳定的电池性能(使用寿命20年)。太阳电池的光活性层是光吸收和自由电荷产生的区域，通常由n-型半导体和p-型半导体组成的异质结薄膜体系构成，对电池的光电转换过程有决定性作用，是太阳电池的关键材料部分。无机半导体材料，具有电荷迁移率高和结构稳定好的优点。

在薄膜材料制备技术中，简单溶液法的主要技术特征是：先用简单的溶液加工技术(如，旋涂、刮涂、丝网印刷、喷墨打印)实现常温、常压下材料薄膜预沉积，再经常压下较低温度(一般≤500℃)的后续热处理过程，最终获得低成本、大面积的薄膜材料。简单溶液法已被用于制备无机异质结薄膜太阳电池。薄膜太阳能电池因为廉价的衬底材料(如玻璃、不锈钢、聚酯膜)，有柔性，材料禁带宽度可调控，组件温度系数低等优点很受瞩目，在光伏市场的应用规模逐渐扩大，2018年已经占13％以上的市场份额。

通常，无机异质结太阳电池是通过物理气相沉积和化学气相沉积技术来制备的。虽然能获得质量好、结晶度较高的无机材料及高效的太阳电池器件，但这些气相沉积制备方法常存在技术和设备复杂、能耗高(需要高真空、400-1400℃高温)、材料损耗大等不足，同时高纯度原材料供应也有限；这些不足的存在，造成电池成本很高，不利于大规模应用。建立新型无机异质结薄膜光电转换材料体系，并实现低成本制备，获得高效的太阳电池，是无机薄膜太阳电池发展中面临的主要挑战。

发明内容

基于背景技术中提出的技术和设备复杂、能耗高、材料损耗大等不足，同时高纯度原材料供应也有限；这些不足的存在，造成电池成本很高，不利于大规模应用的技术问题，本发明提出了一种平板异质结无机薄膜太阳电池及其制备方法，通过用旋涂技术的旋涂次数控制TiO₂薄膜厚度达到最佳值；化学浴沉积技术控制沉积时间来达到Sb₂S₃薄膜厚度的最佳值；掺杂技术通过选择合适种类的掺杂材料和掺杂量使Sb₂S₃体内载流子(电子和空穴)浓度达到最佳值。

本发明提出的一种平板异质结无机薄膜太阳电池，包括金电极、空穴传输层、叠加多层光吸收材料、三硫化锑光吸收层、修饰层、二氧化钛层和FTO导电玻璃，所述金电极为纳米硒化锌修饰金电极，所述叠加多层光吸收材料采用Al₂O₃、ZrO₂或SiO₂纳米粒子负载银氧化锡纳米粒子作为光吸收材料，所述二氧化钛层为纳米结构，且二氧化钛层纳米结构致密薄膜沉积于太阳电池的阳极上，三硫化锑光吸收层致密薄膜沉积于二氧化钛层纳米结构致密薄膜上，由二氧化钛层纳米结构致密薄膜作为电子传输材料层，所述修饰层为海藻酸钠膜。

优选地，所述叠加多层光吸收材料为表面平滑均匀的复合材料多孔薄膜，薄膜孔隙率为25％-40％，孔隙直径3-15nm，薄膜厚度为500-700nm，表面方块电阻为101-102Ω。