[发明专利]一种叠层太阳能电池吸收层材料SrZrS3

说明书

本发明公开了一种叠层太阳能电池吸收层材料SrZrS₃薄膜及其制备方法，涉及太阳能薄膜材料领域。此处所述制备方法包括以下步骤：制备SrZrS₃粉末并压制为SrZrS₃靶材；将SrZrS₃靶材放入磁控溅射腔中沉积得到前驱体薄膜；将前驱体薄膜进行重结晶处理得到最终产物SrZrS₃薄膜。本发明所制备的SrZrS₃薄膜禁带宽度适合作为叠层太阳能电池中顶电池的吸收层材料。其吸收系数大于10⁵cm^‑1，展现出了良好的太阳光吸收性能。此外，SrZrS₃薄膜还具有优异的热稳定性和良好的成膜质量，对于钙钛矿结构太阳能电池薄膜材料制备具有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于叠层太阳能电池薄膜材料制备领域，尤其涉及一种顶电池的吸收层材料SrZrS₃薄膜及其制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池在利用清洁太阳能资源方面具有重要的作用，然而根据肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit)，单结太阳能电池的极限效率为33.7％，成为限制太阳电池效率进一步提高的瓶颈。通过创新的结构设计，把高效率的底电池和宽禁带的顶电池以串联方式叠加在一起，可以获得叠层太阳电池，该策略可以拓展太阳能电池的光谱吸收范围，从而提高对太阳光的利用率和电池光电转化效率，因此吸引了研究人员的广泛关注。

硫化物钙钛矿SrZrS₃是一种理想的顶电池吸收层材料，其具有湿/热稳定性好、光吸收系数高、禁带宽度适宜、载流子迁移率高、组成元素环境友好且地壳丰度高等诸多优势。然而，受限于硫化物钙钛矿自身强化学键等本质材料特征，靶材制备方法和薄膜生长往往需要复杂的条件，目前尚缺少一种简单的方法能够直接制备SrZrS₃薄膜，成为本领域研究人员致力于解决的关键难题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明公开一种顶电池的吸收层材料SrZrS₃薄膜及其制备方法，直接利用SrZrS₃靶材磁控溅射成膜并进行重结晶处理提升结晶性能，所获得的SrZrS₃薄膜具有良好的稳定性、较高的吸收系数、表面形貌平整均一、适宜作为顶电池的光学禁带宽度等优良特征，所述SrZrS₃薄膜的制备方法包括如下步骤：

S1：制备SrZrS₃粉末并压制为SrZrS₃靶材；

S2：基于SrZrS₃靶材通过磁控溅射沉积获得前驱体薄膜；

S3：对前驱体薄膜进行重结晶处理得到SrZrS₃薄膜；

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

首先解决的了SrZrS₃粉末的制备难题，利用管式炉实现了批量生产SrZrS₃粉末，优化了SrZrS₃粉末制备条件；其次解决了SrZrS₃靶材压制难题，利用压片机和管式炉制备了直径为50.8mm标准靶材，为利用磁控溅射等设备生长薄膜奠定了基础；然后在还原性保护气氛下进行重结晶处理，得到了具有良好结晶性、稳定性、光学带隙适宜的SrZrS₃薄膜；SrZrS₃薄膜良好的稳定性源于其组成原子Sr-Zr-S之间较强的化学键，其特殊的钙钛矿结构使其具有优异的太阳光吸收特性和良好的载流子传输特性，且不含有铅等有毒元素，环境友好，因此，本发明提出的SrZrS₃薄膜制备方法为其在太阳能顶电池中作为吸收层薄膜奠定了材料基础。

附图说明

图1是本发明所述的SrZrS₃薄膜制备方法流程图；