CuPbSbS3新型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CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池及其制备方法，其中CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池具体是以CuPbSbS3薄膜作为吸光层；制备方法则是采用BDCA溶液法制备CuPbSbS3前驱溶液，再将所述CuPbSbS3前驱溶液旋涂于待沉积衬底的表面，然后将该衬底依次经过退火温度高低不同的低温退火过程和高温退火过程，由此得到CuPbSbS3薄膜。本发明专利技术以CuPbSbS3薄膜为薄膜太阳能电池中的吸光层材料，可推动低成本、高效率新型薄膜太阳能电池的发展；该CuPbSbS3材料具有本征P型、禁带宽度适中、介电常数与光吸收系数较大的特点，非常适合用于薄膜太阳能电池吸光层材料。

CuPbSbS3 New Thin Film Solar Cell and Its Preparation Method

The invention discloses a novel CuPbSbS3 thin film solar cell and its preparation method, in which the CuPbSbS3 thin film solar cell is specifically made of CuPbSbS3 thin film as an absorbing layer; the preparation method is to prepare the CuPbSbS3 precursor solution by BDCA solution method, and then spin the CuPbSbS3 precursor solution onto the surface of the substrate to be deposited, and then annealing the substrate successively at high and low temperatures. CuPbSbS3 thin films were obtained by different annealing processes at low temperature and high temperature. The CuPbSbS3 thin film is used as the absorber material in thin film solar cells, which can promote the development of new thin film solar cells with low cost and high efficiency. The CuPbSbS3 material has the characteristics of intrinsic P-type, moderate band gap, high dielectric constant and light absorption coefficient, and is very suitable for thin film solar cells.

【技术实现步骤摘要】
CuPbSbS3新型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CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
光随着经济和工业的快速发展，能源不断消耗，煤炭、石油等不可再生能源正逐渐短缺，人类将面临严重的能源问题。因此，提高可再生能源的使用比例已经成为我国战略性的发展方向。依据科学统计，到本世纪中期，煤炭、石油的使用比例将减少到现在一半，而可再生能源将占据主导地位。到21世纪末期，可再生能源将占据人类所使用能源的30％以上。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，具有巨大的发展潜力。目前，由于其高昂的成本，太阳能发电仅占总发电比例的1％左右，其中硅基太阳能电池发电占绝大多数。太阳能发电的大规模使用需依赖新技术、低成本的光伏材料的合成的方法。因此，太阳能电池发展的核心目标便是开发高质量、低成本的光伏材料，实现高效、稳定的光电转换效率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池及其制备方法，以CuPbSbS3薄膜为薄膜太阳能电池中的吸光层材料，可推动低成本、高效率新型薄膜太阳能电池的发展；该CuPbSbS3材料具有本征P型、禁带宽度适中、介电常数与光吸收系数较大的特点，非常适合用于薄膜太阳能电池吸光层材料。并且，本专利技术还采用BDCA溶液法制备CuPbSbS3薄膜，并通过对CuPbSbS3薄膜制备方法的整体工艺流程设计、关键的制备工艺参数及条件(如CuPbSbS3前驱溶液的组成及配比，退火工艺所采用的具体退火温度等)进行控制，可确保得到高质量CuPbSbS3薄膜，从而可进一步确保CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池的光电转换效率。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池是以CuPbSbS3薄膜作为吸光层。作为本专利技术的进一步优选，所述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池自下而上依次包括透明导电玻璃、缓冲层、CuPbSbS3薄膜、空穴传输层和背电极；其中，所述透明导电玻璃优选为FTO透明导电玻璃或ITO透明导电玻璃；所述缓冲层优选为氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO2)或锌镁氧(ZnMgO)，优选的，所述缓冲层的厚度为50～100nm。作为本专利技术的进一步优选，所述CuPbSbS3薄膜的厚度为100nm，所述空穴传输层的厚度为80nm，所述背电极的厚度为120nm。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了制备上述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括CuPbSbS3薄膜的制备步骤，该步骤具体是采用BDCA溶液法制备CuPbSbS3前驱溶液，再将所述CuPbSbS3前驱溶液旋涂于待沉积衬底的表面，然后将该衬底依次经过退火温度高低不同的低温退火过程和高温退火过程，由此得到CuPbSbS3薄膜；其中，所述BDCA溶液法是基于主要由二硫化碳(CS2)和正丁胺(C4H11N)混合而成的BDCA溶液，该BDCA溶液法具体是将三氧化二锑(Sb2O3)、氧化铅(PbO)以及氧化亚铜(Cu2O)分别溶解于BDCA溶液中分别形成锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液，然后再将锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液三者混合从而得到CuPbSbS3前驱溶液；另外，所述低温退火过程用于烘干溶剂，所述高温退火过程用于使CuPbSbS3结晶从而形成CuPbSbS3薄膜。作为本专利技术的进一步优选，所述CuPbSbS3前驱溶液是将锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液三者按铜元素、铅元素以及锑元素三者的物质的量的比满足(0.5～0.99):(1):(1.01～1.5)混合得到的；所述BDCA溶液还经过缓冲溶液稀释，所述缓冲溶液优选为无水乙醇、DMF或DMSO；优选的，所述BDCA溶液是按二硫化碳(CS2)、正丁胺(C4H11N)以及缓冲溶液三者体积比为5:8:10的比例混合而成的；所述旋涂所采用的转速优选为800～5000rpm；所述低温退火过程所采用的退火温度为80～142℃；所述高温退火过程所采用的退火温度为205～480℃。作为本专利技术的进一步优选，所述制备方法包括以下步骤：S1：对FTO透明导电玻璃或ITO透明导电玻璃进行超声清洗，然后在所述FTO透明导电玻璃或所述ITO透明导电玻璃的表面制备缓冲层薄膜；S2：以所述步骤S1得到的基底作为待沉积衬底，进行所述CuPbSbS3薄膜的制备步骤，从而在所述步骤S1得到的基底表面制备CuPbSbS3薄膜；S3：利用旋涂的方法在所述步骤S2得到的基底表面制备空穴传输层材料；S4：利用真空蒸镀法向所述步骤S3所得到的基底表面蒸镀背电极。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤S1中，所述缓冲层为氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO2)或锌镁氧(ZnMgO)，该缓冲层的制备具体是采用喷涂法、旋涂法、溶胶凝胶法或溶液法，优选的，所述缓冲层的厚度为50～100nm。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤S3中，所述空穴传输层所采用的材料为spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、PbS量子点、FDT或NiOx；优选的，所述旋涂所采用的转速为1000～5000rpm。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤S4中，所述背电极所采用的材料为Au、Pb、Al或Ag，并且所述背电极的厚度为80～200nm，优选为120nm。按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种制备CuPbSbS3薄膜的方法，其特征在于，该方法具体是采用BDCA溶液法制备CuPbSbS3前驱溶液，再将所述CuPbSbS3前驱溶液旋涂于待沉积衬底的表面，然后将该衬底依次经过退火温度高低不同的低温退火过程和高温退火过程，由此得到CuPbSbS3薄膜；其中，所述BDCA溶液法是基于主要由二硫化碳(CS2)和正丁胺(C4H11N)混合而成的BDCA溶液，该BDCA溶液法具体是将三氧化二锑(Sb2O3)、氧化铅(PbO)以及氧化亚铜(Cu2O)分别溶解于BDCA溶液中分别形成锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液，然后再将锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液三者混合从而得到CuPbSbS3前驱溶液；另外，所述低温退火过程用于烘干溶剂，所述高温退火过程用于使CuPbSbS3结晶从而形成CuPbSbS3薄膜。本专利技术通过采用CuPbSbS3(即铜铅锑硫)薄膜作为吸光层材料，CuPbSbS3薄膜材料具有本征P型、载流子迁移率较高、介电常数大、光吸收系数高等优点，将其作为太阳能电池的吸光层材料具有良好的前景。本专利技术还通过采用BDCA溶液法技术实现了CuPbSbS3新型薄膜材料的制备。本专利技术还通过对与CuPbSbS3薄膜吸光层配合工作的太阳能电池的其他细节层结构其材料种类进行控制，尤其通过选择氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO2)或锌镁氧(ZnMgO)等N型半导体材料作为缓冲层，能进一步确保太阳能电池的光电转换效率。本专利技术还优选控制太阳能电池中各个层结构的厚度，将CuPbSbS3薄膜的最佳厚度控制为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池是以CuPbSbS3薄膜作为吸光层。

【技术特征摘要】
1.一种CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池是以CuPbSbS3薄膜作为吸光层。2.如权利要求1所述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池，其特征在于，所述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池自下而上依次包括透明导电玻璃、缓冲层、CuPbSbS3薄膜、空穴传输层和背电极；其中，所述透明导电玻璃优选为FTO透明导电玻璃或ITO透明导电玻璃；所述缓冲层优选为氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO2)或锌镁氧(ZnMgO)，优选的，所述缓冲层的厚度为50～100nm。3.如权利要求2所述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池，其特征在于，所述CuPbSbS3薄膜的厚度为100nm，所述空穴传输层的厚度为80nm，所述背电极的厚度为120nm。4.制备如权利要求1－3所述CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括CuPbSbS3薄膜的制备步骤，该步骤具体是采用BDCA溶液法制备CuPbSbS3前驱溶液，再将所述CuPbSbS3前驱溶液旋涂于待沉积衬底的表面，然后将该衬底依次经过退火温度高低不同的低温退火过程和高温退火过程，由此得到CuPbSbS3薄膜；其中，所述BDCA溶液法是基于主要由二硫化碳(CS2)和正丁胺(C4H11N)混合而成的BDCA溶液，该BDCA溶液法具体是将三氧化二锑(Sb2O3)、氧化铅(PbO)以及氧化亚铜(Cu2O)分别溶解于BDCA溶液中分别形成锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液，然后再将锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液三者混合从而得到CuPbSbS3前驱溶液；另外，所述低温退火过程用于烘干溶剂，所述高温退火过程用于使CuPbSbS3结晶从而形成CuPbSbS3薄膜。5.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述CuPbSbS3前驱溶液是将锑元素的前驱溶液、铅元素的前驱溶液以及铜元素的前驱溶液三者按铜元素、铅元素以及锑元素三者的物质的量的比满足(0.5～0.99):(1):(1.01～1.5)混合得到的；所述BDCA溶液还经过缓冲溶液稀释，所述缓冲溶液优选为无水乙醇、DMF或DMSO；优选的，所述BDCA溶液是按二硫化碳(CS2)、正丁胺(C4H11N)以及缓冲溶液三者体积比为5:8:10的比例混合而成的；所述旋涂所采用的转速优选为800～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，刘雨昊，杨波，张慕懿，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42