一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法，所述太阳能电池吸收层由硒化亚锗多晶薄膜构成，所述多晶薄膜是在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理沉积得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长，所述的硒化亚锗多晶薄膜的厚度为200～400nm。该发明专利技术中GeSe多晶薄膜是通过水热法构成非晶GeSe薄膜后，经过退火沉积制备得到，通过GeSe多晶薄膜作为太阳能电池中p型吸收层材料，GeSe不含有毒成分而对环境友好，对太阳光谱的响应处于最理想的太阳光谱波段，同时因其可快速成膜，不同于传统制备设备复杂且需要精确控制工艺参数，该制备过程运行简单，反应周期短，可大面积生产，成膜质量好。成膜质量好。成膜质量好。

【技术实现步骤摘要】
一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池制备相关
，具体为一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能电池作为一种将太阳能转换为电能的能源转换装置，在能源危机问题日益突出的情况下，得到进一步的推广应用，早期的晶体硅太阳能电池虽然转换效率高，且制作工艺简单，但受到原材料因素制约较大，现有的薄膜太阳能电池逐渐受到人们的进一步关注。
[0003]现有的太阳能电池中使用的化合物半导体材料中大多含有稀有金属或有毒金属元素，材料的匮乏和成本以及带来的污染很大程度上影响到太阳能电池的发展，如铟和镓作为主要材料制备的薄膜太阳能电池成本偏高，昂贵材料的使用使其研发和生产成本提高，成本回收周期长，还有一些薄膜太阳能电池中采用的碲等原材料本身较为稀缺，不利于大量生产推广，还有如镉元素作为材料之一的薄膜太阳能电池，作为重金属的镉元素生产和使用过程中也容易造成污染影响环境，现也有部分薄膜太阳能电池采用到硒化亚锗和硫化亚锗等材料，其原材料较丰富且毒性很低等特性决定了硒化亚锗及硫化亚锗可作为薄膜太阳能电池的吸收层材料，但是目前该类薄膜的制备方法和设备相对复杂，且需精确控制工艺参数，不利于进一步的生产推广。
[0004]针对上述问题，在原有太阳能电池及制备方法的基础上进行创新设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出太阳能电池加工设备工艺复杂，不利于保持低成本无污染和更加高效的太阳能电池制备的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层；所述太阳能电池吸收层由硒化亚锗多晶薄膜构成；所述多晶薄膜是在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理沉积得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长；所述的硒化亚锗多晶薄膜的厚度为200～400nm。
[0007]优选的，所述GeSe太阳能电池包括层叠设置的反射层、顶电极层、p型吸收层、n型窗口层、背电极层和衬底层，其中所述p型吸收层为硒化亚锗多晶薄膜层。
[0008]优选的，所述衬底层为玻璃或柔性塑料，优选为透明钠钙玻璃导电衬底；所述背电极层为覆盖在衬底层上的透明电极材料层，透明电极材料层选自氧化铟锡（ITO）层或氧化氟锡（FTO）层，优选为阴极基底为铟锡氧化物玻璃；所述的n型窗口层的材料为CdS、Zn(S,O）和ZnO中的一种或多种；所述n型窗口层的
厚度为20～80nm；所述的顶电极层的材料为Mo、Ni、Ag和Al中的一种或多种；所述顶电极层的厚度为100～200nm；所述反射层为金属反射层，金属反射层为采用银、铝、镍、钛或其合金材料构成的反射层。
[0009]优选的，所述GeSe太阳能电池的制备方法主要包括n型窗口层、p型吸收层和背电极层沉积步骤，从而制备得到具有p
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n结结构的薄膜太阳能电池，所述p型吸收层由所述的硒化亚锗多晶薄膜构成。
[0010]优选的，所述沉积n型窗口层采用磁控溅射制备，包括直流磁控溅射制备或射频磁控溅射法制备；所述的背电极层采用热蒸发法方法制备。
[0011]一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，所述制备方法包括：（一）非晶硒化亚锗薄膜的制备；（二）将步骤（一）所述非晶硒化亚锗薄膜退火，沉积制备得到多晶硒化亚锗薄膜。
[0012]优选的，所述非晶硒化亚锗薄膜的制备具体流程包括：(1）将锗源加入到含有水溶性还原剂水溶液中，搅拌加热至无色透明溶液；(2）在上述透明溶液中加入硒源搅拌溶解；(3）将基底置于步骤（2）所得溶液进行水热反应得到硒化亚锗非晶薄膜。
[0013]优选的，所述水溶性还原剂为H3PO2，所述锗源为GeO2，所述硒源为硒脲或硒粉，所述锗源、硒源和水溶性还原剂的摩尔比为2：3：2，含有水溶性还原剂的水溶液中，还原剂浓度为0.05
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0.1mol/L，水热反应的温度为120
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180℃，水热反应的时间为5h。
[0014]优选的，所述多晶硒化亚锗薄膜的制备具体流程包括：(1）设定快速退火炉的退火沉积程序；(2）将非晶硒化亚锗薄膜置于快速退火炉的沉积腔体中，利用真空泵对沉积腔体抽真空，然后通入惰性气体使沉积腔体气压维持在一定范围；(3）运行退火程序，制备得到多晶硒化亚锗薄膜。
[0015]优选的，所述快速退火炉设定的程序分为升温、恒温和结束程序三步；所述退火程序中升温速率为10～30℃/s，恒温的温度为400～500℃，维持恒温温度的时间为5～15min，所述结束程序是指温度降低至400℃以下时，打开快速退火炉炉盖，使其继续降温，当热电偶显示温度为180℃以下时，放气，取出样品；所述沉积腔体气压在5～50mTorr。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层及制备方法，1、GeSe多晶薄膜是通过水热法构成非晶GeSe薄膜后，经过退火沉积制备得到，通过GeSe多晶薄膜作为太阳能电池中p型吸收层材料，GeSe不含有毒成分而对环境友好，对太阳光谱的响应处于最理想的太阳光谱波段，同时因其可快速成膜，不同于传统制备设备复杂且需要精确控制工艺参数，该制备过程运行简单，反应周期短，可大面积生产，成膜质量好，同时有利于对薄膜进行掺杂或者合金化处理。
[0017]2.通过该方法制备的薄膜表面平整，晶粒均一，薄膜厚度能够很好的控制在200
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400nm，通过锗源经水溶性还原剂处理后，配合硒源在反应釜中进行水热反应，得到GeSe非晶膜，之后采用非晶薄膜退火制备得到多晶薄膜，方法制备工艺简单，反应周期短的同时，根据退火处理的过程GeSe多晶薄膜的禁带宽度连续可调不同禁带宽度的硒化亚锗薄膜，可用于构建叠层硒化亚锗薄膜太阳能电池，充分利用各个波段的太阳能，从而使太阳能电池的效率得到提高。
附图说明
[0018]图1为本专利技术GeSe太阳能电池吸收层结构示意图；图2为本专利技术制备流程示意图。
[0019]图中：1、衬底层；2、背电极层；3、n型窗口层；4、p型吸收层；5、顶电极层；6、反射层。
具体实施方式
[0020]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，显然，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]请参阅图1
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2，本专利技术提供以下技术方案：实施例1一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层，太阳能电池吸收层由硒化亚锗多晶薄膜构成，多晶薄膜是在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理沉积得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长，的硒化亚锗多晶薄膜的厚度为200nm。
[0022]GeSe太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层，其特征在于：所述太阳能电池吸收层由硒化亚锗多晶薄膜构成；所述多晶薄膜是在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理沉积得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长；所述的硒化亚锗多晶薄膜的厚度为200～400nm。2.根据权利要求1所述的一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：非晶硒化亚锗薄膜的制备；将步骤（一）所述非晶硒化亚锗薄膜退火，沉积制备得到多晶硒化亚锗薄膜。3.根据权利要求2所述的一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述非晶硒化亚锗薄膜的制备具体流程包括：(1）将锗源加入到含有水溶性还原剂水溶液中，搅拌加热至无色透明溶液；(2）在上述透明溶液中加入硒源搅拌溶解；(3）将基底置于步骤（2）所得溶液进行水热反应得到硒化亚锗非晶薄膜。4.根据权利要求3所述的一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述水溶性还原剂为H3PO2，所述锗源为GeO2，所述硒源为硒脲或硒粉，所述锗源、硒源和水溶性还原剂的摩尔比为2：3：2，含有水溶性还原剂的水溶液中，还原剂浓度为0.05
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0.1mol/L，水热反应的温度为120
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180℃，水热反应的时间为5h。5.根据权利要求2所述的一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述多晶硒化亚锗薄膜的制备具体流程包括：(1）设定快速退火炉的退火沉积程序；(2）将非晶硒化亚锗薄膜置于快速退火炉的沉积腔体中，利用真空泵对沉积腔体抽真空，然后通入惰性气体使沉积腔体气压维持在一定范围；(3）运行退火程序，制备得到多晶硒化亚锗薄膜。6.根据权利要求5所述的一种高光电转化效率的GeSe太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述快速退火炉设定的程...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗宝，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：