基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法，属于薄膜太阳能电池领域，叠层薄膜太阳能电池包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极，所述顶电池为Sb2S3薄膜电池，所述底电池为PbS量子点薄膜电池。本发明专利技术的叠层电池是由Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池进行叠层而成的，其中Sb2S3薄膜电池的禁带宽度为1.73eV，PbS量子点薄膜电池的禁带宽度可以在1.03eV～1.45eV范围调节，所制备的叠层电池在禁带宽度上实现互补，能够拓宽光谱吸收范围，大幅提高光电转化效率，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于薄膜太阳能电池领域，更具体地，涉及一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着人类社会的高速发展，能源需求会越来越大，化石能源储量有限，而且污染严重，新能源的发展变得尤为迫切，太阳能作为一种清洁可再生的能源有望改善能源问题，太阳能电池的发展尤为重要。太阳光谱的能量分布范围较宽，单一材料的吸收光谱范围有限，只有能量高于带隙的光才会被吸收，能力较低的光子就无法被吸收，不能充分的利用整个太阳能光谱，因此，太阳光谱的利用效率受到了限制。目前太阳能电池材料主要以硅电池为主，高纯硅的价格较高，叠层电池的制备工艺复杂，成本很高。由此可见，现有技术存在不能充分利用太阳能光谱、成本高、工艺复杂的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法，由此解决现有技术存在不能充分利用太阳能光谱、成本高、工艺复杂的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池，包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极，所述顶电池为Sb2S3薄膜电池，所述底电池为PbS量子点薄膜电池。进一步地，Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层。进一步地，CdS缓冲层的厚度为40nm～100nm，所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm～350nm，所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm～100nm。进一步地，PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层，所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点，所述空穴传输层为1，2-乙二硫醇处理的PbS量子点。进一步地，吸收层的厚度为100nm～300nm，所述空穴传输层的厚度为40nm～80nm，所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm～1200nm，所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV～1.45eV。进一步地，中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层，所述Au层的厚度为0.5nm～2nm，所述ZnO纳米颗粒层的厚度为100nm～250nm。进一步地，透明导电层为ITO透明导电玻璃，所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω～60Ω，ITO透明导电玻璃的厚度为100nm～250nm，所述金属电极为金电极，所述金电极的厚度为60nm～150nm。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的制备方法，包括：(1)在透明导电层表面沉积厚度为40nm～100nm的CdS缓冲层，在CdS缓冲层上蒸镀厚度为150nm～350nm的Sb2S3薄膜吸收层，在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为20nm～100nm的硒化重掺的Sb2S3层；(2)在硒化重掺的Sb2S3层上溅射厚度为0.5nm～2nm的Au层，在Au层上旋涂厚度为100nm～250nm的ZnO纳米颗粒层，在ZnO纳米颗粒层上旋涂厚度为100nm～250nm的吸收层，在吸收层上旋涂厚度为40nm～80nm的空穴传输层，在空穴传输层和透明导电层上沉积金属电极，得到叠层薄膜太阳能电池；所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点，所述空穴传输层为1，2-乙二硫醇处理的PbS量子点。进一步地，透明导电层为ITO透明导电玻璃，所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω～60Ω，ITO透明导电玻璃的厚度为100nm～250nm。进一步地，金属电极为金电极，所述金电极的厚度为60nm～150nm，所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm～1200nm，所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV～1.45eV。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的叠层薄膜太阳能电池是采用Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池分别作为顶电池和底电池。Sb2S3薄膜电池的禁带宽度为1.73eV，PbS量子点薄膜电池的禁带宽度可以在1.03～1.45eV范围内变化，所制备的叠层电池在禁带宽度上实现互补，能够拓宽光谱吸收范围，高效的利用整个太阳光谱，大幅提高光电转化效率，降低成本。(2)本专利技术的叠层薄膜太阳能电池能够大幅度提升各单节电池的开路电压，提升效率。本专利技术的Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池的对光谱吸收系数很高，只需要几百纳米就足够吸收所有太阳光，制备电池所需的材料较少，相比于传统块体电池成本大幅度降低。(3)本专利技术的主体材料Sb2S3和PbS的元素储量丰富，无需任何提纯工艺，材料价格低廉，制备工艺简单，降低了材料和制备成本。主体材料Sb2S3和PbS具有高的稳定性，在空气中长时间不变质。(4)本专利技术Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层。用CdS/Sb2S3搭配可以实现单结Sb2S3电池最高的开路电压，叠层电池其实是电压的叠加，硒化重掺的Sb2S3层能够增加载流子的收集能力，使得短路电流较大。同时，所述CdS缓冲层的厚度为40nm～100nm，所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm～350nm，所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm～100nm，由此提升了顶电池效率。(5)本专利技术PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层，所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点，所述空穴传输层为1，2-乙二硫醇处理的PbS量子点，使得PbS量子点薄膜电池的光电转化效率高，能够很好的和中间层ZnO匹配，PbS量子点的禁带宽度是可调的，这样就可以和Sb2S3薄膜电池协调。(6)本专利技术中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层，这样设置中间层的导电性好，透光性好，跟顶电池和底电池的能级匹配性好。中间复合层中的Au层会使导电性大大增加，减少串联电阻造成的损失，同时ZnO纳米颗粒层的透光性很好，光谱损失小。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的结构示意图；图2(a)是本专利技术实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层的XRD图谱；图2(b)是本专利技术实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层表面的扫描电镜图；图2(c)是本专利技术实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层的光谱吸收图谱；图3是本专利技术实施例1提供的不同禁带宽度量子点的光谱吸收图谱；图4是本专利技术实施例1提供的叠层薄膜电池的横截面扫描电镜图；图5(a)是本专利技术实施例1提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的电学性能图；图5(b)是本专利技术实施例1提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的外量子效率图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池，包括由上至下的透明导电层4、顶电池1、中间复合层3、底电池2以及透明导电层和底电池下端的金属电极5，所述顶电池为Sb2S3薄膜电池，所述底电池为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极，所述顶电池为Sb2S3薄膜电池，所述底电池为PbS量子点薄膜电池。

【技术特征摘要】
1.一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极，所述顶电池为Sb2S3薄膜电池，所述底电池为PbS量子点薄膜电池。2.如权利要求1所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层。3.如权利要求2所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述CdS缓冲层的厚度为40nm～100nm，所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm～350nm，所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm～100nm。4.如权利要求1或2所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层，所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点，所述空穴传输层为1，2-乙二硫醇处理的PbS量子点，所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm～1200nm，所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV～1.45eV。5.如权利要求4所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述吸收层的厚度为100nm～300nm，所述空穴传输层的厚度为40nm～80nm。6.如权利要求1或2所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层，所述Au层的厚度为0.5nm～2nm，所述ZnO纳米颗粒层的厚度为100nm～250nm。7.如权利要求1或2所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层为ITO透明导电玻璃，所述ITO透明导电玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海胜，邓辉，杨晓坤，
申请(专利权)人：华中科技大学，深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42