CN104659123A - 化合物薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
化合物薄膜太阳能电池及其制备方法，属于半导体光电材料与薄膜太阳能电池制备领域，解决现有化合物薄膜太阳能电池中所需材料在地壳中含量较少、价格昂贵、对人体有毒的问题。本发明的化合物薄膜太阳能电池，包括衬底及透明电极层、N型缓冲层、P型吸收层和背电极层，P型吸收层材料为Sb2Se3、Cu3SbS3或Cu3SbS4；本发明的制备方法包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积电极层步骤；还可以加入沉积空穴传导层步骤。本发明中构成P型吸收层的各种材料均选自地壳中资源丰富且不含有毒成分的元素，在制造和使用过程中不会造成环境污染，由它们构成的P型吸收层材料的禁带宽度范围约为0.5ev～2.5ev，光谱响应范围较广，吸光系数高达105cm-1。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电材料与薄膜太阳能电池制备领域，具体涉及锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着全球能源危机的来临，以及日益严重的环境污染问题，清洁无污染能源的研究已是迫在眉睫。太阳能作为一种清洁且储量丰富的能源，已引起人们的广泛关注。如何制备出成本较低，转换效率较高的太阳能电池则是其中的研究重点。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳能直接转化为电能的器件。多元化合物薄膜太阳能电池因其材料用量少、制备耗能低、弱光和高温性能好、质量较轻、可制作柔性电池、应用范围较广等优点受到更多的重视。但现有薄膜太阳能电池(CIGS、CdTe、CZTS)含有镉，见Wu X，et al.“16.5％-efficient CdS／CdTe polycrystalline thin fi lm solar cell”(Conference Proceedings，17th European Photovoltaic Solar Energy Conference，Munich，22-26 October 2001；995-1000)；并见美国专利US20130074912 Al：Band structure engineering for improved efficiency of cdte based photovoltaics。镉有剧毒，大范围应用有很大的环境风险，且所含部分元素在地壳中含量较少以致价格昂贵。
发明内容
本发明提供化合物薄膜太阳能电池及其制备方法，解决现有化合物薄膜太阳能电池中所需材料蕴含的元素在地壳中含量较少、价格昂贵、对人体有毒或生产工艺复杂的问题。
本发明所提供的化合物薄膜太阳能电池，包括衬底(1)及在其上依次沉积的透明电极层(2)、N型缓冲层(3)、P型吸收层(4)和背电极层(6)，其特征在于：
所述P型吸收层(4)材料为Sb2Se3、Cu3SbS3或Cu3SbS4。
所述的化合物薄膜太阳能电池，所述P型吸收层(4)上可以沉积有空穴传导层(5)，空穴传导层(5)上再沉积背电极层(6)。
所述的化合物薄膜太阳能电池，所述衬底(1)可以为玻璃材料；所述透明电极层(2)可以为SnO2∶F、In2O3∶Sn或ZnO∶Al材料；所述N型缓冲层(3)可以为TiO2、CdS、Zn(S，O)、ZnO、In2S3、In2(S，O，OH)3、Sb2S3或BaTiO3材料；所述空穴传导层(5)可以为MoO3、NiO、WO3、V2O5、CuAlO2或CuI材料；所述背电极层(6)可以为Mo、Cu、Au、Ni、Ag、C或Al材料或者它们的二元组合，所述二元组合为在一种材料的背电极层上再沉积另一种材料的背电极层。
所述的化合物薄膜太阳能电池，其进一步特征在于：
所述衬底(1)厚度为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度为0.2μm～3μm；所述空穴传导层(5)厚度为2nm～200nm；所述背电极层(6)厚度为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积电极层步骤，其特征在于：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积法在衬底(1)表面沉积透明电极层(2)；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积、化学水浴沉积、溶液涂膜、喷雾热解、金属有机化合物化学气相沉积和原子层沉积法在透明电极层(2)上沉积N型缓冲层(3)；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积或溶液涂膜法，在N型缓冲层(3)上沉积P型吸收层(4)；
四、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、喷涂或丝网印刷法，在P型吸收层(4)上沉积背电极层(6)，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池。
所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，所述衬底(1)厚度可以为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度可以为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度可以为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度可以为0.2μm～3μm；所述背电极层(6)厚度可以为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
当具有空穴传导层时，所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤，其特征在于：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积法在衬底(1)表面沉积透明电极层(2)；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积、化学水浴沉积、溶液涂膜、喷雾热解、金属有机化合物化学气相沉积和原子层沉积法在透明电极层(2)上沉积N型缓冲层(3)；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积或溶液涂膜法，在N型缓冲层(3)上沉积P型吸收层(4)；
四、沉积空穴传导层(5)步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、原子层沉积、化学水浴沉积、激光脉冲沉积、金属有机化合物化学气相沉积法在P型吸收层(4)上沉积空穴传导层(5)；
五、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、喷涂或丝网印刷法，在P型吸收层(4)上沉积背电极层(6)，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池。
所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，所述衬底(1)厚度可以为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度可以为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度可以为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度可以为0.2μm～3μm；所述空穴传导层(5)厚度可以为2nm～200nm；所述背电极层(6)厚度可以为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
本发明具有优异的光伏性能且对环境友好并有望实现低成本生产，其中构成P型吸收层的各种材料均选自地壳中资源丰富且不含有毒成分的元素，在制造和使用过程中不会造成环境污染，由它们构成的P型吸收层材料的禁带宽度范围约为0.5ev～2.5ev，光谱响应范围较广，吸光系数高达105cm-1；同时，P型吸收层可通过磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积或溶液涂膜法等多种方法制备，为产业化生产提供了可能。
附图说明
图1为本发明实施例1～实施例10制备的的化合物薄膜太阳能电池的横截面示意图；
图2为本发明实施例11～实施例20制备的的化合物薄膜太阳能电池的横截面示意图；
图3为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的电子扫描显微镜下的表面形貌；
图4为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的电子扫描显微镜下的截面形貌；
图5为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的X射线衍射图谱；
图6为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的拉曼图谱；
图7为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上形成的晶体中Sb元素的XPS图谱；
图8为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上形成的晶体中Se元素的XPS图谱；
图9为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3的TGA图谱；
图10为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在制备程中的饱和蒸汽压图谱；
图11为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的循环伏安曲线；
图12为实施例1中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的光电相应图谱；
图13为实施例1制备得到的太阳能电池所测得的效率图；
图14为实施例2中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层ZnO上的电子扫描显微镜下的表面形貌；
图15为实施例2中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层ZnO上的电子扫描显微镜下的截面形貌；
图16为实施例3中N型缓冲层材料TiO2在透明电极层SnO2∶F上的电子扫 描显微镜下的表面形貌；
图17为实施例3中N型缓冲层材料TiO2在透明电极层SnO2∶F上的电子扫描显微镜下的截面形貌；
图18为实施例3中N型缓冲层材料TiO2在透明电极层SnO2∶F上测量透射图谱并通过透射图谱计算出的禁带宽度；
图19为实施例3中N型缓冲层材料TiO2在透明电极层SnO2∶F上的拉曼图谱；
图20为实施例3中N型缓冲层材料TiO2在透明电极层SnO2∶F上的循环伏安曲线；
图21为实施例3中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的电子扫描显微镜下的截面形貌；
图22为实施例3中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的X射线衍射图谱；
图23为实施例3中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的拉曼图谱；
图24为实施例3中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上测量透射图谱并通过透射图谱计算出的禁带宽度；
图25为实施例3中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层TiO2上的循环伏安曲线；
图26为实施例3制备得到的太阳能电池所测得的效率图；
图27为实施例4中P型吸收层材料Sb2Se3在N型缓冲层CdS上的电子扫描显微镜下的截面形貌；
图28为实施例4制备得到的太阳能电池所测得的效率图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
如图1所示，本发明实施例1～实施例10制备的化合物薄膜太阳能电池，包括衬底1及在其上依次沉积的透明电极层2、N型缓冲层3、P型吸收层4和背电极6。
实施例1，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
向烧瓶中依次加入50ml无水乙醇，7.5ml三乙醇胺，8.5ml钛酸四正丁酯，将烧瓶密封搅拌2小时，依次加入10ml冰醋酸，10ml去离子水，搅拌24小时，向溶液中通入氮气并搅拌，待溶液体积减小至30ml时停止，用涂膜机将制备好的二氧化钛溶胶凝胶旋涂在透明电极2上，厚度为500nm，将二氧化钛预制薄膜在120℃退火15分钟，200℃退火15分钟，400℃退火15分钟，520℃退火1小时，即在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
采用溶液涂膜法将Sb∶Se按照1∶3的比例溶解在肼中形成Sb2Se3前驱体，用涂膜机将Sb2Se3前驱体分五层旋涂在N型缓冲层3上，厚度为1μm，将前驱体置于氮气氛围中，在450℃退火10分钟，形成沉积P型吸收层4；本实施例P型吸收层材料在电子扫描显微镜下的表面形貌如图3所示，截面形貌如图4所示，X射线衍射图谱如图5所示，拉曼图谱如图6所示，Sb元素的 XPS图谱如图7所示；Se元素的XPS图谱如图8所示，TGA图谱如图9所示，饱和蒸汽压图谱如图10所示，循环伏安曲线如图11所示，光电响应图谱如图12所示；
四、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.5μm，背电极层形状为连续平面。
所制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，其效率曲线图如图13所示。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Ag的二元组合，在厚度为0.2μm的Au电极层上再沉积厚度为0.3μm的Ag电极层。
实施例2，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用电子束蒸发法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为1000nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为ZnO材料，厚度为500nm；
1.1g的Zn(Ac)2·2H2O和0.29g的LiOH·H2O分别溶解在50mL的无水乙醇中，冷却至0℃，用10分钟将LiOH溶液滴定到Zn(Ac)2中，搅拌1小时后取六分之一用乙醇分散，取正辛烷和正己烷的1∶1混合溶剂沉淀，得到ZnO纳米粒子，将ZnO纳米粒子分散在乙醇中形成前驱体，旋涂前驱体并在150℃退火10分钟即在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
采用溶液涂膜法将Sb∶Se按照1∶3的比例溶解在肼中形成Sb2Se3前驱体，用涂膜机将Sb2Se3前驱体分五层旋涂在N型缓冲层3上，厚度为1μm，将前驱体置于氮气氛围中，在450℃退火10分钟，形成沉积P型吸收层4；本实施例P型吸收层材料在电子扫描显微镜下的表面形貌如图14所示，截面形貌如图15所示；
四、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.5μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.2μm的Au电极层上再沉积厚度为0.3μm的Al电极层。
实施例3，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电子束蒸发法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为120nm；
采用TiO2靶，将腔体抽至真空5×10-4Pa，转速3rpm旋转基片台，待基片温度加热至350℃，电子束预熔TiO2靶面5分钟，电子束束流调至80mA，以 沉积速率开始蒸发，蒸发结束将样品在马弗炉中450℃退火30分钟，即在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；本实施例N型缓冲层材料在电子扫描显微镜下的表面形貌如图16所示，截面形貌如图17所示，测量透射图谱并通过透射图谱计算出的禁带宽度如图18所示，拉曼图谱如图19所示，循环 伏安曲线如图20所示；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
采用Sb2Se3靶，将腔体抽至真空5×10-4Pa，转速3rpm旋转基片台，室温蒸发，调节电阻丝电流，沉积速率开始蒸发，厚度为600nm时在真空腔室350℃退火60分钟，形成沉积P型吸收层4；本实施例P型吸收层材料在电子扫描显微镜下的截面形貌如图21，X射线衍射图谱如图22所示，拉曼图谱如图23所示，测量透射图谱并通过透射图谱计算出的禁带宽度如图24所示，循环伏安曲线如图25示；
四、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
所制得的PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，其效率曲线图如图26所示。
本实施例中，所述背电极层也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.5μm的Au电极层上再沉积厚度为0.5μm的Al电极层。
实施例4，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为1000nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用化学水浴沉积法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为CdS材料，厚度为80nm；
配置1.5M的硫脲溶液，0.015M的硫酸镉溶液，待水浴循环系统的水温达到65℃，依次加入366ml去离子水、50ml硫酸镉溶液、25ml硫脲溶液、65.2ml氨水，迅速将片子浸入水中并固定，打开搅拌，反应12分钟，待停止反应，将片子提出并泡在去离子水中2分钟，用吹风吹干片子，即在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
采用Sb2Se3靶，将腔体抽至真空5×10-4Pa，转速3rμm旋转基片台，室温蒸发，调节电阻丝电流，沉积速率开始蒸发，厚度为600nm时在真空腔室350℃退火60分钟，形成沉积P型吸收层4；本实施例P型吸收层材料在电子扫描显微镜下的截面形貌如图27；
四、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
所制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，其效率曲线图如图28所示。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.5μm的Au电极层上再沉积厚度为0.5μm的Al电极层。
实施例5，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用电阻加热蒸发法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为In2O3∶Sn，厚度为100nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用喷雾热解法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为10nm；
将有机钛源与乙醇按体积比1∶9混合，用喷笔将混合液体喷在450度的透明电极层In2O3∶Sn上，在空气中500度退火10分钟，即在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为0.2μm；
四、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.2μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Mo二元组合，在厚度为0.1μm的Au电极层上再沉积厚度为0.1μm的Mo电极层。
实施例6，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用激光脉冲沉积法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为0.01cm；
所述透明电极层为ZnO∶Al，厚度为10nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用喷雾热解法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为10nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为0.5μm；
四、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积 背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.2μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Mo二元组合，在厚度为0.1μm的Au电极层上再沉积厚度为0.1μm的Mo电极层。
实施例7，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为500nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电阻加热蒸发法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为Sb2S3材料，厚度为150nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电子束蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1.5μm；
四、沉积背电极层步骤：采用喷涂法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为C材料，厚度为10μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例8，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电化学沉积法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为Zn(S，O)材料，厚度为180nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1.5μm；
四、沉积背电极层步骤：采用喷涂法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例9，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Cu3SbS3，厚度为3μm；
采用溶液涂膜法将Cu∶Sb∶S按照2.8∶1∶3的比例溶解在肼中形成Cu3SbS3前驱体，用涂膜机将Cu3SbS3前驱体分五层旋涂在N型缓冲层2，厚度为3μm，将前驱体置于氮气氛围中，在500℃退火10分钟，形成沉积P型吸收层；
四、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Al，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例10，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Cu3SbS4，厚度为3μm；
采用溶液涂膜法将Cu∶Sb∶S按照2.8∶1∶9的比例溶解在肼中形成Cu3SbS4前驱体，用涂膜机将Cu3SbS4前驱体分五层旋涂在N型缓冲层2，厚度为3μm，将前驱体置于氮气氛围中，加5mg硫在500℃退火10分钟，形成沉积P型吸收层；
四、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Ag，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
如图2所示，本发明实施例11～实施例20制备的化合物薄膜太阳能电池，包括衬底1及在其上依次沉积的透明电极层2、N型缓冲层3、P型吸收层4、 空穴传导层5和背电极6。
实施例11，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用磁控溅射法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为MoO3，厚度为100nm；
五、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.5μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Ag的二元组合，在厚度为0.2μm的Au电极层上再沉积厚度为0.3μm的Ag电极层。
实施例12，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用电子束蒸发法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为1000nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用磁控溅射法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为ZnO材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为WO3，厚度为120nm；
五、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.5μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.2μm的Au电极层上再沉积厚度为0.3μm的Al电极层。
实施例13，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电子束蒸发法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为120nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电子束蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为NiO，厚度为200nm；
五、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.5μm的Au电极层上再沉积厚度为0.5μm的Al电极层。
实施例14，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为3.2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为1000nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用化学水浴沉积法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为CdS材料，厚度为80nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用激光脉冲沉积法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为CuAlO2，厚度为200nm；
五、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Al的二元组合，在厚度为0.5μm的Au电极层上再沉积厚度为0.5μm的Al电极层。
实施例15，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用电阻加热蒸发法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为In2O3∶Sn，厚度为100nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用喷雾热解法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为10nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为0.2μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为V2O5，厚度为80nm；
五、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.2μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Mo二元组合，在厚度为0.1μm的Au电极层上再沉积厚度为0.1μm的Mo电极层。
实施例16，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用激光脉冲沉积法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为0.01cm；
所述透明电极层为ZnO∶Al，厚度为10nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用喷雾热解法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为20nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为0.5μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为V2O5，厚度为2nm；
五、沉积背电极层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为0.2μm，所述背电极层形状为连续平面。
本实施例中，所述背电极层6也可以为Au和Mo二元组合，在厚度为0.1μm的Au电极层上再沉积厚度为0.1μm的Mo电极层。
实施例17，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为500nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电阻加热蒸发法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为Sb2S3材料，厚度为150nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电子束蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1.5μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用金属有机化合物化学气相沉积法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为CuI，厚度为180nm；
五、沉积背电极层步骤：采用喷涂法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为C材料，厚度为10μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例18，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用电化学沉积法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为Zn(S，O)材料，厚度为180nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用电阻加热蒸发法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Sb2Se3，厚度为1.5μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为MoO3，厚度为200nm；
五、沉积背电极层步骤：采用喷涂法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Au材料，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例19，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Cu3SbS3，厚度为3μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为MoO3，厚度为200nm；
五、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电 极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层(6)为Al，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
实施例20，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射法在衬底1表面沉积透明电极层2；
所述衬底为玻璃，厚度为2cm；
所述透明电极层为SnO2∶F，厚度为800nm；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用溶液涂膜法在透明电极层2上沉积N型缓冲层3；
所述N型缓冲层为TiO2材料，厚度为500nm；
三、沉积P型吸收层步骤：采用溶液涂膜法，在N型缓冲层3上沉积P型吸收层4；
所述P型吸收层材料为Cu3SbS4，厚度为3μm；
四、沉积空穴传导层步骤：采用电阻加热蒸发法，在P型吸收层4上沉积空穴传导层5；
所述空穴传导层材料为MoO3，厚度为200nm；
五、沉积背电极层步骤：采用丝网印刷法，在P型吸收层4上沉积背电极层6，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池，所述背电极层6为Ag，厚度为1μm，所述背电极层形状为连续平面。
Claims (10)
1.一种化合物薄膜太阳能电池，包括衬底(1)及在其上依次沉积的透明电极层(2)、N型缓冲层(3)、P型吸收层(4)和背电极层(6)，其特征在于：
所述P型吸收层(4)材料为Sb2Se3、Cu3SbS3或Cu3SbS4。
2.如权利要求1所述的化合物薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述P型吸收层(4)上沉积有空穴传导层(5)，空穴传导层(5)上再沉积背电极层(6)。
3.如权利要求1所述的化合物薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述衬底(1)为玻璃材料；所述透明电极层(2)为SnO2∶F、In2O3∶Sn或ZnO∶Al材料；所述N型缓冲层(3)为TiO2、CdS、Zn(S，O)、ZnO、In2S3、In2(S，O，OH)3、Sb2S2或BaTiO3材料；所述背电极层(6)为Mo、Cu、Au、Ni、Ag、C或Al材料或者它们的二元组合，所述二元组合为在一种材料的背电极层上再沉积另一种材料的背电极层。
4.如权利要求3所述的化合物薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述衬底(1)厚度为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度为0.2μm～3μm；所述背电极层(6)厚度为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
5.如权利要求2所述的化合物薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述衬底(1)为玻璃材料；所述透明电极层(2)为SnO2∶F、In2O3∶Sn或ZnO∶Al材料；所述N型缓冲层(3)为TiO2、CdS、Zn(S，O)、ZnO、In2S3、In2(S，O，OH)3、Sb2S3或BaTiO3材料；所述空穴传导层(5)为MoO3、NiO、WO3、V2O5、CuAlO2或CuI材料；所述背电极层(6)为Mo、Cu、Au、Ni、Ag、C或Al材料或者它们的二元组合，所述二元组合为在一种材料的背电极层上再沉积另一种材料的背电极层。
6.如权利要求5所述的化合物薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述衬底(1)厚度为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度为0.2μm～3μm；所述空穴传导层(5)厚度为2nm～200nm；所述背电极层(6)厚度为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
7.权利要求1、3或4所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积背电极层步骤，其特征在于：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积法在衬底(1)表面沉积透明电极层(2)；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积、化学水浴沉积、溶液涂膜、喷雾热解、金属有机化合物化学气相沉积和原子层沉积法在透明电极层(2)上沉积N型缓冲层(3)；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积或溶液涂膜法，在N型缓冲层(3)上沉积P型吸收层(4)；
四、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、喷涂或丝网印刷法，在P型吸收层(4)上沉积背电极层(6)，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池。
8.如权利要求7所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述衬底(1)厚度为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度为0.2μm～3μm；所述背电极层(6)厚度为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
9.权利要求2、5或6所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括沉积透明电极层步骤、沉积N型缓冲层步骤、沉积P型吸收层步骤、沉积空穴传导层步骤、沉积背电极层步骤，其特征在于：
一、沉积透明电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积法在衬底(1)表面沉积透明电极层(2)；
二、沉积N型缓冲层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积、化学水浴沉积、溶液涂膜、喷雾热解、金属有机化合物化学气相沉积和原子层沉积法在透明电极层(2)上沉积N型缓冲层(3)；
三、沉积P型吸收层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光脉冲沉积、电化学沉积或溶液涂膜法，在N型缓冲层(3)上沉积P型吸收层(4)；
四、沉积空穴传导层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、电子束蒸发、原子层沉积、化学水浴沉积、激光脉冲沉积、金属有机化合物化学气相沉积法在P型吸收层(4)上沉积空穴传导层(5)；
五、沉积背电极层步骤：采用磁控溅射、电阻加热蒸发、喷涂或丝网印刷法，在P型吸收层(4)上沉积背电极层(6)，从而制得PN结结构的化合物薄膜太阳能电池。
10.如权利要求9所述的化合物薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述衬底(1)厚度为0.01cm～3.2cm；所述透明电极层(2)厚度为10nm～1000nm；所述N型缓冲层(3)厚度为10nm～500nm；所述P型吸收层(4)厚度为0.2μm～3μm；所述空穴传导层(5)厚度为2nm～200nm；所述背电极层(6)厚度为0.2μm～10μm；所述背电极层形状为连续平面。
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