CN110676331A - 一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜制备方法及其在太阳电池中的应用 - Google Patents

一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜制备方法及其在太阳电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜制备方法及其在太阳电池中的应用。通过将SbCl3和硫脲按Sb：S原子比为1:1.6溶解在乙二醇和异丙醇的混合溶液或乙二醇与乙醇的混合溶剂或乙二醇溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.0～1.5M的Sb2S3澄清稳定溶液；再将配制好的Sb2S3溶液滴在基底或电子传输层上，再旋涂成均匀液体薄膜；最后将旋好的样品进行预热处理，使溶剂挥发，再进行高温结晶反应，即得硫化锑薄膜。本发明基于特定的溶剂种类，溶质种类和配比得到的Sb2S3澄清稳定溶液，不仅对环境较为友好，且利用得到的Sb2S3澄清稳定溶液成功制备得到了有效的Sb2S3太阳电池器件，对于使用无毒试剂代替有毒试剂来实现光伏产业商业化具有较大的参考意义。

Description

一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜制备方法及其在太阳电池中 的应用
技术领域
本发明涉及光电材料及薄膜太阳电池制备技术领域，更具体地，涉及一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜的制备方法及其在太阳电池中的应用。
背景技术
当今世界能源短缺和环境污染的问题日益突出，寻找清洁环保、可持续的新型能源成为科研界的重要工作。太阳能作为地球能源的根本来源，在化石燃料日趋减少的情况下，已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。光伏技术是指可直接将太阳的光能转换为电能的技术，用此技术制作的光伏电池使用方便。基于光伏技术的太阳电池技术在转换过程中不会造成对环境的污染，能提供清洁环保的电能，是一种清洁高效的发电方式。目前，太阳电池市场主要由硅基太阳电池占据，因其具有较高的光电转换效率和较为成熟的工业化工艺。但硅基太阳电池在生产过程中由于其能耗较大，原料利用率不高且不能实现柔性化而限制了其长期应用。
硫化锑(Sb2S3)是一种新型的光伏材料，具有较高的光吸收系数(α≈10^5cm^-1)，并且具有合适的带隙宽度、易于调控(1.5-2.2eV)，其光吸收范围覆盖了大部分可见光区，被视为最有前景的太阳电池材料之一。
目前，溶液旋涂法制备Sb2S3太阳电池的技术较为成熟，常见的溶剂有DMF、DMSO等，因为其通过溶剂复合作用具备高度溶解性，因此制备得到的太阳电池的光电转化效率往往较高，但是这些溶剂均具有一定的毒性，对人体、对环境都有较明显的负面影响，而且均是旋涂。因此，使用新型的无毒或低毒的试剂用作溶液旋涂法制备硫化锑薄膜太阳电池成为了硫化锑太阳电池研究工作中的重点，但是如何使用无毒试剂代替有毒试剂并保证Sb2S3太阳电池器件的有效性，是当前亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述制备方法在制备太阳电池中的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
基于寻找更为绿色环保的溶剂用以制备硫化锑太阳电池的目的，本发明提供了一种新型的硫化锑溶液配方，并探索基于此种新型溶液制备硫化锑薄膜的制备工艺，使之能够制得完整有效的太阳电池器件。
所述溶液配方以氯化锑和硫脲为溶质，以乙二醇和异丙醇混合溶液或乙二醇和乙醇混合溶液或乙二醇为溶剂，SbCl3和硫脲按Sb：S原子比为1:1.6溶解在上述醇类溶剂中，得到Sb原子浓度为1.0～1.5M的Sb2S3澄清稳定溶液。并利用上述配方的新型绿色溶剂成功制备得到的了Sb2S3太阳电池有效器件。
基于上述新型的溶液配方，本发明提供一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将SbCl3和硫脲按Sb：S原子比为1:1.6溶解在乙二醇和异丙醇的混合溶液或乙二醇与乙醇的混合溶剂或乙二醇中，配制成Sb原子浓度为1.0～1.5M的Sb2S3澄清稳定溶液；
S2.将步骤S1配制好的Sb2S3溶液滴在基底或电子传输层上，再旋涂成均匀液体薄膜；
S3.将步骤S2旋好的样品进行预热处理，使溶剂挥发，再进行高温结晶反应，即得硫化锑薄膜。
优选地，所述乙二醇和异丙醇的混合溶液以及乙二醇与乙醇的混合溶液中乙二醇和异丙醇或乙二醇的体积比为3～4:5～6。
优选地，步骤S2所述电子传输层为TiO2层。
优选地，步骤S2所述旋涂工艺为取120μL Sb2S3溶液2500rpm持续30s，再5000rpm持续60s。
优选地，步骤S3所述预热为90～100℃(优选95℃)预热10～15min(优选15min)，再180～220℃(优选200℃)预热2～4min(优选2min)。
优选地，步骤S3所述高温结晶反应为280～320℃(优选300℃)反应8～12min(优选10min)。
本发明还请求保护上述任一所述制备方法制备得到的硫化锑薄膜。
本发明保护上述硫化锑薄膜或硫化锑薄膜的制备方法在制备太阳电池中的应用。
本发明还提供一种硫化锑薄膜太阳电池，所述太阳电池含有上述任一所述的硫化锑薄膜。
优选地，所述导电基底为FTO透明导电玻璃或ITO透明导电玻璃。
优选地，所述太阳电池的结构为玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C或玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/HTM/Ag或玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/HTM/C。
本发明还提供所述玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
S1.对FTO玻璃进行常规预处理；
S2.采用TiO2作为电子传输材料，在FTO玻璃上依次制备一层致密TiO2层和一层多孔TiO2层，得玻璃/FTO/TiO2；
S3.利用上述任一所述制备方法在玻璃/FTO/TiO2上用旋涂法制备一层Sb2S3薄膜，得玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3。
S4.在玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3上制备碳电极，即得玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池。
所述玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池无空穴传输层，制作周期短，快捷方便。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种新型的硫化锑溶液配方，是基于特定的溶剂种类，溶质种类和配比得到的澄清稳定溶液，其采用的溶剂为乙二醇和异丙醇混合液、乙二醇和乙醇的混合液或乙二醇均为低毒或微毒的醇类试剂，对环境较为友好，对人体伤害也比较轻微，且溶剂和溶质均为常见且廉价的化学试剂；得到的Sb2S3澄清稳定溶液可以成功制备有效的Sb2S3太阳电池器件；同时提供的玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池器件，无空穴传输层，制作周期短，快捷方便，又可节省昂贵的有机空穴传输层的成本，使整个器件制作成本较为低廉；本发明最终获得了光电转换效率最高为0.8％的有效器件。本发明对于使用无毒试剂代替有毒试剂来实现光伏产业商业化具有较大的参考意义。
附图说明
图1为本发明硫化锑太阳电池器件玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C结构图。
图2是实施例1所制得器件的J-V图。
图3是实施例2所制得器件的J-V图。
图4是实施例3所制得器件的J-V图。
图5是实施例4所制得器件的J-V图。
图6是对比例3所制得器件的J-V图，其中插图为第一象限部分。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将质量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。得到的玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池的结构如图1所示。电池的光电转换效率如图2所示，得到光电转换效率0.82％的有效器件。
实施例2
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。于真空腔体中放置5min，然后将样品放置于热台上，再分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。如图3所示，得到光电转换效率0.27％的有效器件。
实施例3
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、400℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。如图4所示，得到光电转换效率0.53％的有效器件。
实施例4
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将36.6mg Spiro-OMeTAD粉末、14μL tBP、9.5μL 520mg/ml的Li-TFSI/乙腈溶液和1ml氯苯混合搅拌成制备空穴传输层HTM的混合溶液。取100μL该溶液滴于之前处理热处理过的样品表面，于3000rpm转速下旋涂30s，然后于100℃热台上放置10min，制得空穴传输层。
第七步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。如图5所示，得到光电转换效率0.26％的有效器件。
实施例5
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为3:6的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。
实施例6
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在乙二醇中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。
实施例7
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将质量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和乙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。
实施例8
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μL，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将重量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μL于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μL滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。
对比例1
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μl，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将质量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μl于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6，Sb原子浓度为1.5M溶解在纯异丙醇中，搅拌，无法得到澄清溶液；旋涂后得到的硫化锑薄膜晶粒尺寸小和结晶性差，无法得到有效的太阳电池器件。
对比例2
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μl，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将质量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μl于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6，Sb原子浓度为1.5M溶解在纯乙醇中，搅拌，无法得到澄清溶液；旋涂后得到的硫化锑薄膜晶粒尺寸小和结晶性差，无法得到有效的太阳电池器件。
对比例3
第一步，采用超声清洗法，对切割成2.5cm×2.5cm大小的FTO透明导电玻璃依次用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗15min，清洗完毕后用氮气吹干，然后进行plasma处理10min。
第二步，用钛酸异丙酯0.4263g、二乙醇胺0.1577g溶于3ml乙醇中，搅拌15min制得用以制备致密TiO2的溶液。取此溶液100μl，于7000rpm的转速下在处理好的FTO透明导电玻璃上旋涂60s，然后置于加热台上500℃放置2h。
第三步，将质量比为TiO2浆料：乙醇＝1:4的比例配置成用以制备多孔TiO2的溶液，超声振荡30min。取此溶液80μl于玻璃/FTO/bl-TiO2基底上以2000rpm的转速旋涂30s，然后置于加热台上550℃放置30min。
第四步，将上述处理好的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2置于40ml+0.3035ml TiCl4的混合溶液中，于70℃下放置30min。然后分别用去离子水、乙醇涮洗，再放置于450℃加热台上反应30min。
第五步，将SbCl3和硫脲(TU)按Sb：S原子比为1:1.6溶解在体积比为4:5的乙二醇和异丙醇混合溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.5M的溶液，搅拌振荡过滤至溶液澄清。取该溶液120μl滴于第四步处理后的玻璃/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开。将旋涂好的样品放置于热台上，分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第六步，将样品从热台取下冷却后，用与第五步相同的旋涂和加热工艺处理，即取Sb2S3溶液120μl滴于样品上，用2500rpm 30s、5000rpm 60s的旋涂工艺将液体旋涂开，再分别用95℃15min、200℃2min、300℃10min加热处理。
第七步，将制得的样品用预先制好的掩模板盖住，将碳浆在样品表面及FTO表面上刮涂上碳电极，然后于100℃的加热台上放置30-60min使碳浆干燥形成固体碳电极。上述方法无法得到有效器件，如图6所示，无有效J-V曲线。

Claims (10)

1.一种基于醇类溶剂的硫化锑薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将SbCl3和硫脲按Sb：S原子比为1:1.6溶解在乙二醇和异丙醇的混合溶液或乙二醇与乙醇的混合溶剂或乙二醇溶剂中，配制成Sb原子浓度为1.0～1.5M的Sb2S3澄清稳定溶液；
S2.将步骤S1配制好的Sb2S3溶液滴在基底或电子传输层上，再旋涂成均匀液体薄膜；
S3.将步骤S2旋好的样品进行预热处理，使溶剂挥发，再进行高温结晶反应，即得硫化锑薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙二醇和异丙醇的混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为3～4:5～6，乙二醇和乙醇的混合溶液中乙二醇和乙醇的体积比为3～4:5～6。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述旋涂为2500rpm持续30s，再5000rpm持续60s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3所述预热为90～100℃预热10～15min，再180～220℃预热2～4min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温结晶反应为280～320℃反应8～12min。
6.权利要求1～5任一所述制备方法制备得到的硫化锑薄膜。
7.权利要求6所述的硫化锑薄膜或权利要求1～5任一所述制备方法在制备太阳电池中的应用。
8.一种硫化锑薄膜太阳电池，其特征在于，含有权利要求5所述的硫化锑薄膜。
9.根据权利要求8所述的硫化锑薄膜太阳电池，其特征在于，电池结构为玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C或玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/HTM/Ag或玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/HTM/C。
10.权利要求9中所述中玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.对FTO玻璃进行常规预处理；
S2.采用TiO2作为电子传输材料，在FTO玻璃上依次制备一层致密TiO2层和一层多孔TiO2层，得玻璃/FTO/TiO2；
S3.利用权利要求1～4任一所述制备方法在玻璃/FTO/TiO2上用旋涂法制备一层Sb2S3薄膜，得玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3。
S4.在玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3上制备碳电极，即得玻璃/FTO/TiO2/Sb2S3/C太阳电池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885711A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 中国科学院合肥物质科学研究院 一种致密Sb2S3薄膜的制备方法及基于其的太阳电池
CN113097314A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 福州大学 一种柔性硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103130527A (zh) * 2013-03-25 2013-06-05 武汉工程大学 一种超疏水硫化锑涂层的制备方法
JP2016025330A (ja) * 2014-07-24 2016-02-08 積水化学工業株式会社 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法
CN105324863A (zh) * 2013-12-11 2016-02-10 积水化学工业株式会社 薄膜太阳能电池及薄膜太阳能电池的制造方法
US20160240804A1 (en) * 2013-11-07 2016-08-18 Sekisui Chemical Co., Ltd. Coating material for forming semiconductors, semiconductor thin film, thin film solar cell and method for manufacturing thin film solar cell
CN106277051A (zh) * 2016-07-21 2017-01-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种结晶性Sb2S3薄膜的溶液加工制备方法
CN107302057A (zh) * 2017-07-13 2017-10-27 福州大学 基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池
CN107892328A (zh) * 2017-11-17 2018-04-10 广西生富锑业科技股份有限公司 一种高纯硫化锑的制备方法
CN110137272A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 西北工业大学深圳研究院 一种醇蒸汽后退火处理硫化锑基薄膜的太阳能电池的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103130527A (zh) * 2013-03-25 2013-06-05 武汉工程大学 一种超疏水硫化锑涂层的制备方法
US20160240804A1 (en) * 2013-11-07 2016-08-18 Sekisui Chemical Co., Ltd. Coating material for forming semiconductors, semiconductor thin film, thin film solar cell and method for manufacturing thin film solar cell
CN105324863A (zh) * 2013-12-11 2016-02-10 积水化学工业株式会社 薄膜太阳能电池及薄膜太阳能电池的制造方法
JP2016025330A (ja) * 2014-07-24 2016-02-08 積水化学工業株式会社 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法
CN106277051A (zh) * 2016-07-21 2017-01-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种结晶性Sb2S3薄膜的溶液加工制备方法
CN107302057A (zh) * 2017-07-13 2017-10-27 福州大学 基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池
CN107892328A (zh) * 2017-11-17 2018-04-10 广西生富锑业科技股份有限公司 一种高纯硫化锑的制备方法
CN110137272A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 西北工业大学深圳研究院 一种醇蒸汽后退火处理硫化锑基薄膜的太阳能电池的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG, R等: "Morphology-controlled growth of crystalline antimony sulfide via a refluxing polyol process", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 *
化学工业部天津化工研究院 等编: "《化工产品手册 无机化工产品》", 31 October 1993, 化学工业出版社 *
王心怡 等: "Sb2S3太阳能电池的研究进展", 《化工进展》 *
王杰: "硫化物半导体薄膜的溶液法制备及其光电性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）基础科技辑》 *
蒋岚 等: "TiO2/Sb2S3/C全无机薄膜太阳电池的构筑与性能研究", 《湖州师范学院学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885711A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 中国科学院合肥物质科学研究院 一种致密Sb2S3薄膜的制备方法及基于其的太阳电池
CN113097314A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 福州大学 一种柔性硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

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