[发明专利]一种硒化亚锗多晶薄膜和含有该薄膜的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高质量的硒化亚锗多晶薄膜及其制备方法，及含有该硒化亚锗多晶薄膜的太阳能电池及其制备方法。所述硒化亚锗多晶薄膜厚度为300～500nm，所述制备方法是采用近空间升华法，且所述方法制备工艺简单，反应周期短，成膜质量好。所述太阳能电池中p型吸收层材料GeSe中所含元素均为地壳中含量较高的元素，资源丰富且因不含有毒成分而对环境友好，其间接禁带宽度为1.12eV，其吸收边波长约为1000nm，对太阳光谱的响应处于最理想的太阳光谱波段，吸光系数高达10⁵cm^‑1，同时因其升华特性可利用近空间升华法快速成膜，因此由其构成的化合物薄膜太阳能电池具有优异的光伏性能且对环境友好并有望实现低成本生产的优点。

技术领域

本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，具体涉及一种高质量的硒化亚锗多晶薄膜、含有该薄膜的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的有效装置，它能够帮助人类高效地转换并利用太阳能，其中薄膜太阳能电池更因其优异的性能而被广泛关注。太阳能电池中使用的化合物半导体材料中大多含有稀有金属或有毒金属元素，这在很大程度上影响了太阳能电池的发展。例如，目前已实现商品化的薄膜太阳能电池主要为铜铟镓硒电池和碲化镉电池，但铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备过程中用到的In和Ga均为昂贵金属，其研发和生产资金投入大，回收周期长，成本偏高；碲化镉薄膜太阳能电池中，碲原料的稀缺，无法保证碲化镉太阳能电池不断增产的需求，并且镉作为重金属是具有生物毒性的，在生产和使用过程中如有排放和污染，会影响环境。因此，人们希望能制备出一种廉价且无毒的薄膜太阳能电池。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供了一种高质量的硒化亚锗多晶薄膜及其制备方法，所述高质量的硒化亚锗多晶薄膜解决了目前化合物薄膜太阳能电池(CIGS、CdTe、CZTSSe)中所需材料蕴含的元素在地壳中含量较少、对人体有毒或生产工艺复杂的问题，所述硒化亚锗多晶薄膜是采用近空间升华法制备得到的。

研究发现，硒化亚锗(GeSe)材料具有高的吸光系数与合适的禁带宽度，其组成元素在地壳中的丰度较高且毒性很低；另外，硒化亚锗(GeSe)是IV-VI族二元化合物，属于p型半导体材料，其间接禁带宽度为1.12eV，吸收边波长约为1000nm，对太阳光谱的响应处于最理想的太阳光谱波段，具有高吸收系数；这些特性决定了硒化亚锗(GeSe)有可能作为薄膜太阳能电池的吸收层材料。但是目前对于硒化亚锗薄膜制备方法的报道主要有双源共蒸发法和磁控溅射等方法，采用上述方法制备得到的硒化亚锗薄膜均是非晶结构的，其无结晶，无定形的状态不利于载流子的传输，无法用于制备太阳能电池。

进一步研究发现，硒化亚锗具有一个重要的物理性质——升华，即在高温(通常大于400℃)下，硒化亚锗会发生升华现象，而在低温下，升华的蒸气可以重新凝结成硒化亚锗。而近空间升华法(Closed space sublimation)是一种利用物质的升华特性制备薄膜的方法。本发明将所述方法用于制备硒化亚锗薄膜，发现该方法的制作过程简单，成膜质量好，且成功研制出一种高性能的硒化亚锗多晶薄膜。

本发明的目的之二是提供一种含有上述高质量的硒化亚锗多晶薄膜的太阳能电池及其制备方法，将上述方法制备得到的高质量的硒化亚锗多晶薄膜，用于太阳能电池的吸收层；所制备得到的太阳能电池具有优异的光伏性能且对环境友好。近空间升华法具有沉积速率高、设备简单、生产成本低等优点，用于所述含有硒化亚锗多晶薄膜的太阳能电池的制备时，其制作过程简单，成膜质量好，大幅度降低了太阳能电池的制作成本，为太阳能电池产业化提供了一种十分具有发展前景的方法。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种硒化亚锗多晶薄膜的制备方法，所述薄膜采用近空间升华法制备，所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)设定快速退火炉的沉积程序；