本发明专利技术涉及一种水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法。其特征在于将锑的无机盐溶解在溶液中得到溶液A；将含硫化合物溶解在去离子水中得到溶液B；将溶液B加入溶液A中使其充分混合，形成Sb2S3前驱体沉积液；在水浴条件下将Sb2S3前驱体沉积液沉积于清洁衬底上，形成Sb2S3前驱体薄膜，并用氮气吹干，真空保存；将Sb2S3前驱体薄膜在硒气氛下进行硒化热处理，最终得到本方法所述的Sb2(S,Se)3薄膜。本发明专利技术采用化学水浴合成Sb2S3前驱体薄膜，经过硒气氛中热处理的制备方法，具有合成工艺简单、安全无毒、原料成本低廉、可实现大面积生产、薄膜成分以及厚度易控等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池材料与器件
，具体涉及一种水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，传统化石能源消耗日益增长，由此引起人类急需解决的两个首要问题：能源危机与环境污染。目前已探明煤、石油、天然气等常规能源储量有限，而且过多的使用化石能源，将造成温室效应、酸雨、雾霾、环境污染等负面影响。因此，为了解决能源短缺问题和环境协调的关系，寻找一种清洁、可再生的能源迫在眉睫。太阳辐射资源显然是一个解决能源危机的好选择，而光伏电池是利用太阳能的主要形式。当前太阳能电池主要分为第一代晶硅太阳能电池、第二代薄膜太阳能电池以及第三代有机太阳能电池。其中，薄膜太阳能电池具有材料用料少、效率高、可柔性等特点，是一类具有很好应用前景的太阳能电池。而锑基Sb2(S, Se)3是继铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池后发展起来的一类新型薄膜太阳能电池，它具有原材料丰富、价格低廉等特点和优势。同时，与CZTS这类四元化合物材料所不同的是Sb2(S, Se)3薄膜的化学组分更为单一，可以避免其它杂相的生成。而相比同为组分单一的碲化镉CdTe，Sb2(S, Se)3中所包含的元素更为丰富、安全无毒。所以Sb2(S, Se)3薄膜太阳能电池被认为是一类极具发展潜力的新型薄膜太阳能电池。Sb2(S, Se)3是一种直接带隙半导体且具有与太阳光谱较为匹配的带隙宽度（1.15-1.75eV），吸收系数大（105cm-1），500nm左右就可确保对太阳光有较大的吸收率。2009年，墨西哥的Messina等人首先采用直接采用化学水浴法（CBD）制备出了Sb2SxSe3-x：Sb2O3材料，并制备成了光电效率为0.66%的太阳能电池，但由于退火时使用的硒源为化学水浴沉积的硒薄膜，退火时易挥发的硒薄膜会造成薄膜结晶性差、缺陷较多等问题，限制其电池转换效率的提高，故未受到重视（Messina S, Nair M T S, Nair P K. Solar cells with Sb2S3 absorber films [J]. Thin Solid Films, 2009, 517(7): 2503-2507.）。2014年，韩国的Choi和西班牙Ngo课题组分别采用热分解和电沉积法基于染料敏化的概念制备了硒化锑材料类电池，效率为6.6%和2.1%（Choi Y C, Mandal T N, Yang W S, et al. Sb2Se3-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Single-Source Precursor [J]. Angewandte Chemie, 2014, 126(5): 1353-1357； Ngo T T, Chavhan S, Kosta I, et al. Electro deposition of Antimony Selenide Thin Films and Application in Semiconductor Sensitized Solar Cells [J]. ACS applied materials & interfaces, 2014, 6(4): 2836-2841.）。但这种有机无机混合的太阳能电池仍然存在着稳定差等问题。直到2014年，Zhou等人才将锑、硒单质溶在肼中，采用退火的方式制备得到纯净的硒化锑薄膜，并取得了2.26%转换效率的Sb2Se3薄膜太阳能电池（Zhou Y, Leng M, Xia Z, et al. Solution-Processed Antimony Selenide Heterojunction Solar Cells [J]. Advanced Energy Materials 4 (2014) 1301846.）。同年，Chen等采用热蒸发法制备了CdS/Sb2Se3型结构的薄膜太阳能电池，效率为2.1%（Chen J，Luo M，Zhou Y，et al. Thermal Evaporation and Characterization of Sb2Se3 Thin Film for Substrate Sb2Se3/CdS Solar Cells [J]. ACS Applied Materials and Interface, 6 (2014) 10687-10695.）。2015年Zhou等人采用在热蒸发基础上引入硒蒸气进行退火，最终制备成CdS/Sb2Se3型结构的太阳能电池，效率提高到5.6%，这是当前高稳定性全无机Sb2Se3薄膜太阳能电池的最高效率（Zhou Y, Wang L, Chen S, et al, Thin-film Sb2Se3 photovoltaics with oriented one-dimensional ribbons and benign grain boundaries, Nature Photonics 9 (2015) 409–415.）。经对现有技术文献专利检索发现，在制备Sb2(S, Se)3无机太阳能电池收层的方法中，已经有利用溅射硫化锑预制层后硒化制备硒硫化锑半导体薄膜材料的专利（申请号201510489479.4），但是磁控溅射镀膜法需要的设备较为昂贵。上述各类方法均存在一定的问题，如肼溶液有毒，真空方法所需设备昂贵，生产成本高等。为了进一步降低太阳能电池制备成本、提高生产安全性，探索一种新型的Sb2(S, Se)3薄膜制备方法势在必行。因此本专利专注于此问题，采用低成本、简易的水浴法制备Sb2S3前驱体薄膜后，再通过在硒气氛中热处理，获得均匀大面积、带隙匹配的高质量Sb2(S, Se)3薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种低成本、简易的化学水浴与后硒化退火相结合制备太阳能电池吸收层Sb2(S, Se)3薄膜的方法。本专利技术所采用的是在空气中化学水浴合成Sb2S3前驱体薄膜，经过硒（Se）气氛中热处理的制备方法，具有合成工艺简单、安全无毒、制备设备不复杂、原料成本低廉、可实现大面积生产、薄膜成分以及厚度易控等优点，适用于大规模的工业生产。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：步骤一：选择衬底，对衬底表面进行清洗获得清洁衬底；步骤二：将锑的无机盐溶解在溶液中得到溶液A；将含硫化合物溶解在去离子水中得到溶液B；将溶液B加入溶液A中，摇晃使其充分混合，再将去离子水加入上述混合溶液中，形成Sb2S3前驱体沉积液；步骤三：在水浴条件下将步骤二得到的Sb2S3前驱体沉积液沉积于步骤一所述清洁衬底上，形成Sb2S3前驱体薄膜，并用氮气吹干，真空保存；沉积时间3～6h。步骤四：将在步骤三得到Sb2S3前驱体薄膜，在硒气氛下进行硒化热处理，最终得到本方法所述的Sb2(S, Se)3薄膜。本专利技术步骤一所述的衬底为镀钼薄膜、导电玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃以及金属箔中的一种。本专利技术步骤二所述的Sb2S3前驱体薄膜沉积液中，含有浓度为0.005～0.05M的锑无机盐、含浓度为0.01～0.5M的含硫化合物；本专利技术所述锑的无机盐是指硝酸锑、硫酸锑和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法，其特征在于：步骤一：选择衬底，对衬底表面进行清洗获得清洁衬底；步骤二：将锑的无机盐溶解在溶液中得到溶液A；将含硫化合物溶解在去离子水中得到溶液B；将溶液B加入溶液A中，摇晃使其充分混合，再将去离子水加入上述混合溶液中，形成Sb2S3前驱体沉积液；步骤三：在水浴条件下将步骤二得到的Sb2S3前驱体沉积液沉积于步骤一所述清洁衬底上，形成Sb2S3前驱体薄膜，并用氮气吹干，真空保存；沉积时间3～6h；步骤四：将在步骤三得到厚度在0.2～1μm之间的Sb2S3前驱体薄膜，在硒气氛下进行硒化热处理，最终得到本方法所述的Sb2(S, Se)3薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法，其特征在于：步骤一：选择衬底，对衬底表面进行清洗获得清洁衬底；步骤二：将锑的无机盐溶解在溶液中得到溶液A；将含硫化合物溶解在去离子水中得到溶液B；将溶液B加入溶液A中，摇晃使其充分混合，再将去离子水加入上述混合溶液中，形成Sb2S3前驱体沉积液；步骤三：在水浴条件下将步骤二得到的Sb2S3前驱体沉积液沉积于步骤一所述清洁衬底上，形成Sb2S3前驱体薄膜，并用氮气吹干，真空保存；沉积时间3～6h；步骤四：将在步骤三得到厚度在0.2～1μm之间的Sb2S3前驱体薄膜，在硒气氛下进行硒化热处理，最终得到本方法所述的Sb2(S, Se)3薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法，其特征在于本发明步骤一所述的衬底为镀钼薄膜、导电玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃以及金属箔中的一种。3.根据权利要求1所述的一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法，其特征在于步骤二所述的Sb2S3前驱体薄膜沉积液中，含有浓度为0.005～0.05M的锑无机盐、含浓度为0.01～0.5M的含硫化合物。4.根据权利要求1所述的一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法，其特征在于所述锑的无机盐是指硝酸锑、硫酸锑和三氯化锑中的一种或几种任意比例的混合。5.根据权利要求1所述的一种基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb2(S, Se)3薄膜的方法，其特征在于所述的含硫化合物是指硫代乙酰胺、硫代硫酸钠或者硫脲中的一种或几种...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂林，张进，陈水源，黄志高，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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