本发明专利技术公开了Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜、太阳能电池及其电池制备方法，涉及太阳能电池材料制备及结构设计技术领域。在玻璃衬基上依次沉积有阳极、电子传输层、Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜、有机空穴传输层、阴极；Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜由TiO2纳米棒阵列、In2S3和Sb2(S,Se)3材料层构成，TiO2纳米棒阵列中多个TiO2纳米棒垂直生长在电子传输层上，In2S3材料层沉积在电子传输层上以及包裹在TiO2纳米棒上形成TiO2/In2S3复合纳米棒阵列，Sb2(S,Se)3材料层包裹TiO2/In2S3复合纳米棒阵列并填满中间间隙形成体型异质结薄膜。本发明专利技术中Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池制备方法简单、结构新颖，光电转换效率较高。光电转换效率较高。光电转换效率较高。
【技术实现步骤摘要】
Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜、太阳能电池及其电池制备方法
[0001]本专利技术属于太阳能电池材料制备及结构设计
，具体为Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜、太阳能电池及其电池制备方法。
技术介绍
[0002]太阳能是一种绿色可持续能源，加大太阳能在能源供给中所占比例是解决环境污染和能源危机的主要途径之一。通过太阳能电池将太阳能转化成电能，实现光伏发电，是利用太阳能的一种重要方式。探索新型材料体系，提高电池效率和稳定性，降低电池成本，已成为太阳能电池研究和光伏产业发展面临的主要挑战。
[0003]Sb2(S,Se)3(硒硫化锑)具有所含元素地球储量大、无毒、价格低廉等优点，且通过调整硒的含量可以对材料缺陷和电子性能进行调控，是一种很有潜力的太阳能电池光吸收材料。用一维无机纳米棒或线阵列和光吸收材料组成的体型异质结结构太阳能电池具有诸多优点，一是无机纳米棒或线阵列能够作为电子传输通道，使光生电子沿着取向生长的纳米阵列直接输运到收集电极上，减少电荷的复合；其次，在这种体型异质结结构中，既可以获得较大的电荷分离界面面积，又可以克服光生载流子有效扩散长度短的缺点，提高了电池对入射光的利用效率，近年来已成为低价太阳能电池中的重要研究对象。
[0004]现有技术中，Tang等(Nat.Energy 2020,5,587
–
595)以硒脲作为硒源利用溶剂热方法在硫化镉薄膜上制备了Sb2(S,Se)3薄膜，制备了V
oc
＝0.63V、J
sc
＝23.70mA/cm2及η＝10.10％的CdS/Sb2(S,Se)3平板异质结太阳能电池；然而，硒脲是一种有毒的物质，尤其是对水中有机物质有剧毒。Yin等(Adv.Mater.2021,33,2006689)将硫粉和硒化梯进行双源共蒸发在硫化镉薄膜上制备了Sb2(S,Se)3薄膜，制备的CdS/Sb2(S,Se)3平板异质结太阳能电池的V
oc
、J
sc
、FF和η分别达到了0.46V、30.20mA/cm2、57.9％和8.0％；不过，多源共蒸发技术所需设备较为昂贵，控制条件较为苛刻。另外，上述两种电池结构均为平板型，光生电荷的提取比较受限，且电池中使用了有毒硫化镉材料。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜、太阳能电池及其电池制备方法，本专利技术中,我们分别用溶剂热法和前驱体溶液旋涂法，在TiO2纳米颗粒薄膜上制备了TiO2/In2S3复合纳米棒阵列，然后通过气相沉积过程在TiO2/In2S3复合纳米棒阵列中间间隙沉积Sb2(S,Se)3材料层，形成TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜，将TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜与有机空穴传输材料复合，建立了基于Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜的太阳能电池(简称，Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池)及其制备方法，太阳能电池的效率达到了η＝10.78％。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，Sb2(S,Se)3材料层填入TiO2/In2S3复合纳米棒阵列并将其包裹形成体型异质结薄膜。TiO2/In2S3复合纳米棒阵列构成电子传输通道，Sb2(S,
Se)3材料层为吸光层。TiO2纳米棒阵列厚度为200
‑
500nm，纳米棒直径为20
‑
80nm，TiO2纳米棒的数量密度为50
‑
200个/μm2，In2S3膜层厚度为10
‑
100nm，Sb2(S,Se)3膜层厚度为100
‑
300nm，TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜厚度为250
‑
550nm。
[0008]Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池，包括上述的Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，其特征在于：Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜沉积在电子传输层上，TiO2纳米棒阵列中多个TiO2纳米棒垂直生长在电子传输层上，In2S3材料层沉积在电子传输层上以及包裹在TiO2纳米棒上形成TiO2/In2S3复合纳米棒阵列，Sb2(S,Se)3材料层包裹TiO2/In2S3复合纳米棒阵列并填满中间间隙形成TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3无机体型异质结薄膜。
[0009]Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)用浓盐酸和Zn粉将导电玻璃上ITO或FTO层刻蚀成所需形状，清洗并干燥后,在上面沉积50
‑
100nm厚的TiO2纳米颗粒薄膜；
[0011](2)将水和浓盐酸按照0.5
‑
1.5:1的体积比混合均匀，然后加入钛酸四丙酯并充分搅拌均匀，钛酸四丙酯和盐酸
‑
水的混合物体积比为1
‑
2:100；配置好的反应溶液倒入高压釜中，将沉积有TiO2薄膜的导电玻璃面朝下悬空置于反应溶液中，反应釜经密封后置于150
‑
190℃温度下反应1
‑
3小时，最终在TiO2纳米颗粒薄膜上生长出TiO2纳米棒阵列；
[0012](3)室温下将InCl3·
4H2O溶解于于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，InCl3·
4H2O的浓度为0.3
‑
0.5mol/L，然后加入硫脲，室温下搅拌1
‑
3小时，得到In2S3反应前驱物溶液，其中InCl3·
4H2O:硫脲的摩尔比为1:2
‑
4；将In2S3反应前驱物溶液滴在步骤(2)所得的TiO2纳米棒阵列薄膜上并旋涂成膜，重复旋涂1
‑
3次，然后在惰性气体保护下于240
‑
300℃下热处理5
‑
15分钟；热处理结束后，样品自然冷却至室温，得到TiO2/In2S3复合纳米棒阵列薄膜；
[0013](4)将硒粉和三硫化二锑粉末按照0
‑
2:1的摩尔比充分混合，混合粉末作为蒸发源材料置于蒸发镀膜仪的蒸发舟中，步骤(3)所得的TiO2/In2S3复合纳米棒阵列薄膜样品置于蒸发舟正上方，在一定真空或惰性气体保护下将薄膜样品加热到200
‑
300℃，同时进行热蒸发将Sb2(S,Se)3材料层沉积到TiO2/In2S3复合纳米棒阵列上并填满中间间隙，形成TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜。
[0014](5)在步骤(4)所得的体型异质结薄膜上，旋涂一层浓度为30
‑
80mg/mL的SpiroOMeTAD、LiTFSI和TBP混合物溶液，在空气中50
‑
150℃温度下热处理5
‑
15分钟，得到Spiro
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，其特征在于：Sb2(S,Se)3材料层填入TiO2/In2S3复合纳米棒阵列并将其包裹形成体型异质结薄膜。2.根据权利要求1所述的Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，其特征在于，TiO2/In2S3复合纳米棒阵列构成电子传输通道，Sb2(S,Se)3材料层为吸光层。3.根据权利要求2所述的Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，其特征在于，TiO2纳米棒阵列厚度为200
‑
500nm，纳米棒直径为20
‑
80nm，TiO2纳米棒的数量密度为50
‑
200个/μm2，In2S3膜层厚度为10
‑
100nm，Sb2(S,Se)3膜层厚度为100
‑
300nm，TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3体型异质结薄膜厚度为250
‑
550nm。4.Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池，包括有如权利要求1
‑
3任意一所述的Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜，其特征在于：Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜沉积在电子传输层上，TiO2纳米棒阵列中多个TiO2纳米棒垂直生长在电子传输层上，In2S3材料层沉积在电子传输层上以及包裹在TiO2纳米棒上形成TiO2/In2S3复合纳米棒阵列，Sb2(S,Se)3材料层包裹TiO2/In2S3复合纳米棒阵列并填满中间间隙形成TiO2/In2S3/Sb2(S,Se)3无机体型异质结薄膜。5.根据权利要求4所述的Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池，其特征在于：玻璃衬基上依次沉积有阳极、电子传输层、Sb2(S,Se)3基体型异质结薄膜和有机空穴传输层，太阳能电池的阳极为FTO或ITO层，电子传输层为TiO2纳米颗粒薄膜，有机空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD薄膜，太阳能电池阴极为Au或Ag薄膜。6.电池制备方法，制备如根据权利要求5所述的Sb2(S,Se)3基体型异质结太阳能电池，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用浓盐酸和Zn粉将导电玻璃上ITO或FTO层刻蚀成所需形状，清洗并干燥后,在上面沉积50
‑
100nm厚的TiO2纳米颗粒薄膜；步骤二、将水和浓盐酸按照0.5
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1.5:1的体积比混合均匀，然后加入钛酸四丙酯并充分搅拌均匀...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈王伟，
申请(专利权)人：陈王伟，
类型：发明
国别省市：
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