一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术中的Sb2Se3薄膜太阳能电池是在衬底上依次排列有MoP背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、顶电极层。本发明专利技术以Mo电极层为基础，通过对太阳能电池的Mo电极层与磷酸盐溶液或磷酸溶液进行热处理，形成MoP背电极层，使背电极的功函数从5.0eV提高到5.5eV，背电极功函数提高，使得薄膜太阳能电池的开路电压和短路电流显著提高，电池转换效率得到了明显的提升。另外，本发明专利技术通过在Mo电极层中使用磷酸盐溶液或磷酸溶液进行热处理，在Mo电极层中掺杂P，形成MoP电极层，方法简单、成本低廉，有利于商业化推广和应用。商业化推广和应用。商业化推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]电子产品的快速发展为公安部门提供了很多的辅助性工作，例如通信设备、警示灯具、无人机、摄像机、现场执法记录仪等。便携式警用装备的使用需要依靠较好的电源设备，太阳能光伏发电在解决能源与环境问题方面具有重要的作用和潜力。相比目前占据市场主流的硅基太阳能电池，化合物半导体薄膜太阳能电池以优良的发电性能，较低的材料和能源消耗等优势，在商业化应用方面具有较大的优势。目前商业化应用的太阳能电池主要是硅基太阳能电池，存在的主要问题是，硅基太阳能电池不能折叠弯曲而做成柔性器件，在警用设备等方面的应用受到了限制。以硒化锑(Sb2Se3)为代表的化合物半导体薄膜电池，因具有稳定、单一的物相、可调的光学带隙和丰富的元素储量等优点，另外，Sb2Se3材料的熔点较低，使得其薄膜的制备工艺条件较为简单，被认为是一种极具潜力的新型光伏材料。
[0003]目前锑基太阳能电池的最高光电转换效率已达到10.5％，而CIGS薄膜太阳能电池的最高认证效率达到了22.9％，限制Sb2Se3薄膜太阳能电池的主要因素是电池的开路电压和短路电流相对较低，成为制约电池转换效率提升的一个关键因素。目前提高Sb2Se3薄膜太阳能电池开路电压和短路电流的主要方法有金属阳离子掺杂，例如通过掺杂Cu金属元素，可以提高载流子浓度；通过调节S与Se的比例，制备梯度带隙的Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池，从而提高Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池的器件效率。但是以上工艺方法相对复杂，制造成本高，无法实现大规模的应用，因而不适宜商业化生产。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法。本专利技术通过在Sb2Se3薄膜太阳能电池的背电极Mo电极层掺杂P元素，制备MoP背电极，使背电极的功函数提高，提高太阳能电池的开路电压和短路电流，提升电池转换效率。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种Sb2Se3薄膜太阳能电池，包括衬底，在衬底上依次排列有MoP背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、顶电极层。
[0007]根据本专利技术优选的，所述MoP背电极层是在Mo电极层掺杂P元素制备得到，所述MoP背电极层的厚度为1.0μm～2.0μm。
[0008]根据本专利技术优选的，所述吸收层为硫化锑、硒化锑或硫硒化锑；优选为硒化锑；所述吸收层的厚度为1.0μm～2.0μm。
[0009]根据本专利技术优选的，所述缓冲层为CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)或In2S3；优选为CdS；所述缓冲层的厚度为30nm～100nm。
[0010]根据本专利技术优选的，所述窗口层包括本征氧化锌层和掺杂氧化锌层，所述掺杂氧
化锌为掺铝氧化锌薄膜、掺镓氧化锌薄膜或掺镁氧化锌薄膜；进一步优选的，所述本征氧化锌层的厚度为30nm～150nm，所述掺杂氧化锌层的厚度为300nm～1500nm。
[0011]根据本专利技术优选的，所述顶电极层为镍铝合金。
[0012]上述一种Sb2Se3薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0013]在衬底上沉积形成Mo电极层，在Mo电极层表层涂一层磷酸盐溶液或磷酸溶液，在氩气条件下500～600℃热处理10～20分钟，使得Mo电极层掺杂P元素，形成MoP背电极层；在上述背电极层上依次形成吸收层、缓冲层、窗口层、顶电极层，制备得到Sb2Se3薄膜太阳能电池。
[0014]根据本专利技术优选的，所述Mo电极层是采用直流磁控溅射法在钠钙玻璃衬底上沉积形成。
[0015]根据本专利技术优选的，所述热处理是在70～90℃预热处理5～20分钟，在载气15～30sccm氩气的条件下550℃热处理15分钟。
[0016]根据本专利技术优选的，所述磷酸盐为Na
x
H
3-x
PO4(0＜x≤3)或(NH4)3PO4；所述磷酸盐溶液或磷酸溶液的浓度为1～500mmol/L；优选为3～15mmol/L。
[0017]根据本专利技术优选的，所述吸收层是通过快速热蒸发的方式形成，在250-350℃预热5-15分钟，然后在30s内迅速升至500-550℃进行热蒸发，热蒸发时间为20-400s；优选为，在310℃预热15分钟，然后在30s内迅速升至530℃进行热蒸发，热蒸发时间为100s。
[0018]根据本专利技术优选的，所述缓冲层是采用化学水浴法、原子层沉积法或蒸发法形成。
[0019]根据本专利技术优选的，所述顶电极层是采用蒸发方法形成。
[0020]一种薄膜太阳能电池背电极，所述背电极为MoP背电极，是在Mo电极层掺杂P元素制备得到。
[0021]根据本专利技术优选的，所述MoP背电极的制备方法为：在Mo电极层表层涂一层磷酸盐溶液或磷酸溶液，磷酸盐溶液或磷酸溶液的浓度为1～500mmol/L，在70～90℃预热处理5～20分钟，在载气15～30sccm氩气条件下500～600℃热处理10～20分钟，使得Mo电极层掺杂P元素，形成MoP背电极。
[0022]进一步优选的，所述磷酸盐为Na
x
H
3-x
PO4(0＜x≤3)或(NH4)3PO4。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术以Mo电极层为基础，通过对太阳能电池的Mo电极层与磷酸盐溶液或磷酸溶液进行热处理，形成MoP背电极层，使背电极的功函数从5.0eV提高到5.5eV，背电极功函数提高，使得薄膜太阳能电池的开路电压和短路电流显著提高，电池转换效率得到了明显的提升。另外，本专利技术通过在Mo电极层中使用磷酸盐溶液或磷酸溶液进行热处理，在Mo电极层中掺杂P，形成MoP电极层，方法简单、成本低廉，有利于商业化推广和应用。
附图说明
[0025]图1是实施例1中Sb2Se3薄膜太阳能电池制备的流程图；
[0026]图2是实施例1制备的Sb2Se3薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0027]图3是实施例1和对比例制备的Sb2Se3薄膜太阳能电池的效率图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在本专利技术一些实施方式中，吸收层可以是硫化锑、硒化锑、硫硒化锑。在一些实施方式中，缓冲层可以是厚度在30nm～100nm的CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)、In2S3等薄膜。缓冲层可以采用化学水浴法、原子层沉积法、蒸发法制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Sb2Se3薄膜太阳能电池，包括衬底，其特征在于，在衬底上依次排列有MoP背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、顶电极层。2.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述MoP背电极层是在Mo电极层掺杂P元素制备得到，所述MoP背电极层的厚度为1.0μm～2.0μm。3.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述吸收层为硫化锑、硒化锑或硫硒化锑；所述吸收层的厚度为1.0μm～2.0μm；优选的，所述缓冲层为CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)或In2S3；所述缓冲层的厚度为30nm～100nm。4.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述窗口层包括本征氧化锌层和掺杂氧化锌层，所述掺杂氧化锌为掺铝氧化锌薄膜、掺镓氧化锌薄膜或掺镁氧化锌薄膜；进一步优选的，所述本征氧化锌层的厚度为30nm～150nm，所述掺杂氧化锌层的厚度为300nm～1500nm；优选的，所述顶电极层为镍铝合金。5.权利要求1所述的一种Sb2Se3薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上沉积形成Mo电极层，在Mo电极层表层涂一层磷酸盐溶液或磷酸溶液，在氩气条件下500～600℃热处理10～20分钟，使得Mo电极层掺杂P元素，形成MoP背电极层；在上述背电极层上依次形成吸收层、缓冲层、窗口层、顶电极层，制备得到Sb2Se3薄膜太阳能电池。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Mo电极层是采用直流磁控溅射...

【专利技术属性】
技术研发人员：武墨青，曾红燕，刘宏丽，韩乃寒，朱斌，
申请(专利权)人：山东警察学院，
类型：发明
国别省市：