一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底，所述FTO衬底左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列，所述硫硒化锑纳米棒阵列的上方设置有作为N区材料的氧化钛，所述氧化钛的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物，所述透明导电氧化物的上方和FTO衬底右侧的上方均设置有上电极。本实用新型专利技术是将硫硒化锑纳米棒阵列与氧化钛构成的核壳结构异质结作为太阳能电池核心，采用控制硫硒原子比来调控材料的禁带宽度，可以得到最理想的禁带宽度的材料，获得更高的光吸收率和光电转换效率，此外本实用新型专利技术采用硫粉硫化的过程制备硫硒化锑纳米线阵列，相对于硫化氢硫化工艺更加环保、可靠。

A solar cell based on the core-shell heterojunction of antimony selenide / titanium oxide nanorods

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池
本技术属于太阳能电池
，具体涉及一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池。
技术介绍
硒化锑是一种窄禁带宽度半导体，具有低毒、廉价、储量丰富等优点。近年来，基于硒化锑材料的太阳能电池得到了长足发展，基于该材料的薄膜太阳能电池和纳米结构太阳能电池的效率分别达到了7.6%和9.2%，接近10%的光电转换效率暗示了该类材料的广阔应用前景。硒化锑的禁带宽度约为1.0-1.2eV，硫化锑的禁带宽度约为1.7eV，硫硒化锑（Sb2(SeXxS1-X)3）（0<X<1），通过调控硫（S）和硒（Se）的原子比例，可以实现材料禁带宽度的连续调节，从而找到最适合的太阳能电池吸收层材料的禁带宽度。相对于薄膜结构，纳米棒阵列结构能够更有效的将光限制在微小区域，因而具有更高的光吸收率，更高的光生载流子浓度，更高的光电转换效率。当前的硫硒化锑薄膜太阳能电池，由于其光吸收率相对较低，因而其效率一直不太高；而纳米棒阵列结构的太阳能电池能够有效的改善这一点，并且极大的增大的表比面积，增强了光吸收；而目前只有硒化锑纳米棒结构的太阳能电池有报导，因硒化锑这种二元材料不能有效的进行带宽调控，无法实现最适合光电转换的禁带宽度，而硫硒化锑由于可通过硫和硒的原子比对材料的禁带宽度从1.0-1.7eV进行连续调节，而光伏太阳能电池的最佳禁带宽度正好也落在该区间，因而可以通过调控原子比达到最佳禁带宽度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，提供一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，相对于当前技术具有更高的光吸收率，并且具有更高的光电转换效率。本技术的技术方案在于：一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底，所述FTO衬底左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列，所述硫硒化锑纳米棒阵列的上方设置有作为N区材料的氧化钛，所述氧化钛的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物，所述透明导电氧化物的上方和FTO衬底右侧的上方均设置有上电极。进一步地，所述硫硒化锑纳米棒阵列的纳米棒直径为50-100nm，长度为1-2μm。进一步地，所述氧化钛的厚度为50nm。进一步地，所述透明导电氧化物为FTO、ITO和AZO中的一种，厚度为200-300nm。进一步地，所述上电极为银电极，厚度为200nm。上述太阳能电池的制备方法包括以下步骤：（1）以FTO作为衬底，通过管式炉气相输运沉积法在FTO衬底上获得硒化锑纳米棒阵列；硒化锑纳米棒阵列的具体制备方法为：以0.05g硒化锑粉末作为源，源温为586℃；源基距为8cm，基片温度为400℃；气压为3Pa；恒温时间为10min；沉积完成后自然降温；（2）进行硫化：硫化过程同样在管式炉中完成，硫粉温度为180℃，基片温度为300℃，源基距为20cm；气压为3Pa；恒温时间为30min；从而获得硫硒化锑纳米线阵列，作为太阳能电池PN结的P区吸收层材料，纳米棒的直径为50-100nm，长度为1-2μm；（3）沉积氧化钛：采用原子层沉积（ALD）技术进行实现，氧化钛的厚度为50nm；作为太阳能电池的缓冲池，也是PN结的N区材料，与硫硒化锑构成完整的PN结；（4）在氧化钛上，采用CVD或ALD技术沉积透明导电氧化物，其作为太阳能电池的窗口层，窗口层将扩散到N区的光生载流子收集传导给上电极，该层材料为FTO、ITO或AZO等，其厚度为200-300nm；（5）采用蒸发镀膜的方法在透明导电氧化物上蒸镀银电极，作为太阳能电池的上电极，厚度为200nm。与现有技术相比较，本技术具有以下优点：本技术是将硫硒化锑纳米棒阵列与氧化钛构成的核壳结构异质结作为太阳能电池核心，采用控制硫硒原子比来调控材料的禁带宽度，可以得到最理想的禁带宽度的材料，从而获得更高的光吸收率和光电转换效率，此外本技术采用硫粉硫化的过程制备硫硒化锑纳米线阵列，相对于当前采用硫化氢硫化的工艺更加环保、可靠。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的俯视图；图中：1-上电极、2-透明导电氧化物、3-氧化钛、4-硫硒化锑纳米棒阵列、5-FTO衬底。具体实施方式为让本技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本技术并不限于此。实施例1一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底5，所述FTO衬底5左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列4，所述硒化锑纳米棒阵列4的上方设置有作为N区材料的氧化钛3，所述氧化钛3的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物2，所述透明导电氧化物2的上方和FTO衬底5右侧的上方均设置有上电极1。本实施例中，所述硒化锑纳米棒阵列4的纳米棒直径为80nm，长度为2μm。本实施例中，所述氧化钛3的厚度为50nm。本实施例中，所述透明导电氧化物2为AZO，厚度为200nm。本实施例中，所述上电极1为银电极，厚度为200nm。上述太阳能电池的制备方法包括以下步骤：（1）以FTO作为衬底，通过管式炉气相输运沉积法在FTO衬底5上获得硒化锑纳米棒阵列；硒化锑纳米棒阵列的具体制备方法为：以0.05g硒化锑粉末作为源，源温为586℃；源基距为8cm，基片温度为400℃；气压为3Pa；恒温时间为10min；沉积完成后自然降温；（2）进行硫化：硫化过程同样在管式炉中完成，硫粉温度为180℃，基片温度为300℃，源基距为20cm；气压为3Pa；恒温时间为30min；从而获得硫硒化锑纳米线阵列4，作为太阳能电池PN结的P区吸收层材料，纳米棒的直径为80nm，长度为2μm；（3）沉积氧化钛3：采用原子层沉积（ALD）技术进行实现，氧化钛3的厚度为50nm；作为太阳能电池的缓冲池，也是PN结的N区材料，与硫硒化锑构成完整的PN结；（4）在氧化钛3上，采用CVDD技术沉积透明导电氧化物2，其作为太阳能电池的窗口层，窗口层将扩散到N区的光生载流子收集传导给上电极，该层材料为AZO，其厚度为200nm；（5）采用蒸发镀膜的方法在透明导电氧化物上蒸镀银电极，作为太阳能电池的上电极1，厚度为200nm。实施例2一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底5，所述FTO衬底5左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列4，所述硒化锑纳米棒阵列4的上方设置有作为N区材料的氧化钛3，所述氧化钛3的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物2，所述透明导电氧化物2的上方和FTO衬底5右侧的上方均设置有上电极1。本实施例中，所述硫硒化锑纳米棒阵列4的纳米棒直径为100nm，长度为1μm。本实施例中，所述氧化钛3的厚度为50nm。本实施例中，所述透明导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底，其特征在于：所述FTO衬底左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列，所述硫硒化锑纳米棒阵列的上方设置有作为N区材料的氧化钛，所述氧化钛的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物，所述透明导电氧化物的上方和FTO衬底右侧的上方均设置有上电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，包括FTO衬底，其特征在于：所述FTO衬底左侧的上方设置有P区吸收层材料的硫硒化锑纳米棒阵列，所述硫硒化锑纳米棒阵列的上方设置有作为N区材料的氧化钛，所述氧化钛的上方设置有作为窗口层的透明导电氧化物，所述透明导电氧化物的上方和FTO衬底右侧的上方均设置有上电极。


2.根据权利要求1所述的一种基于硫硒化锑/氧化钛纳米棒核壳异质结的太阳能电池，其特征在于：所述硫硒化锑纳米棒阵列的纳米棒直径为50-100nm，长度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉柱，缪春颖，严鑫鑫，何志坚，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：新型
国别省市：福建;35