CN112635593B - 一种全锑基薄膜太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全锑基薄膜太阳电池及其制备方法，包括：前电极、顶电池、背电极，其特点是，前电极为透明导电玻璃层，顶电池由依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第一电子传输层、Sb2S3薄膜作为第一吸光层、CuSbS2薄膜作为第一空穴传输层组成；还包括在顶电池与背电极之间依次层叠设置中间电池、底电池，中间电池由依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第二电子传输层、Sb2(S,Se)3薄膜作为第二吸光层、CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层组成；底电池由依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第三电子传输层、Sb2Se3薄膜作为第三吸光层、CuSbS2薄膜作为第三空穴传输层；背电极为金属电极层。其结构简单，成本低且性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于光电材料及薄膜太阳电池技术领域，具体涉及一种全锑基薄膜太阳电池及其制备方法。
背景技术
随着工业发展和人口增长，全球能源需求不断增加，特别是对传统能源，如石油、煤炭和天然气的依赖仍在继续。化石燃料是不可再生能源，未来终将耗尽，而现代社会的发展需要更多低污染、可持续的能源。因为太阳电池可以实现光能到电能的转换，并且蕴含着巨大的开发潜力，所以引起了本领域的高度关注。锑基薄膜太阳电池具有成本低、工艺简单、绿色无毒、易于大规模生产等特点，成为近年来研究的热点。
在薄膜太阳电池的结构中，电子传输层是重要的组成部分之一，电子传输层选材质量不但会影响载流子的提取和输运，而且对于光吸收层的生长也会产生较大影响。目前常用的电子传输层有氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、硫化镉(CdS)，这些材料存在的问题是：存在一定的离子扩散、能级匹配不度高、制备方法复杂、薄膜的均匀程度和平整程度不足、透光率低、成本相对较高、光电性能较差。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低且性能稳定的全锑基薄膜太阳电池；并提供科学合理，制备流程简单、实用性强，适合于工业化生产，效率高的全锑基薄膜太阳电池制备方法。
为实现本发明的目的之一采用的技术方案是：一种全锑基薄膜太阳电池，它包括：前电极、顶电池、背电极，其特征是，所述前电极为透明导电玻璃层，所述顶电池由自上至下依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第一电子传输层、Sb2S3薄膜作为第一吸光层、CuSbS2薄膜作为第一空穴传输层组成；还包括在所述顶电池与背电极之间自上至下依次层叠设置中间电池、底电池，所述中间电池由自上至下依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第二电子传输层、Sb2(S,Se)3薄膜作为第二吸光层、CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层组成；所述底电池由自上至下层叠设置的Sb2O3薄膜作为第三电子传输层、Sb2Se3薄膜作为第三吸光层、CuSbS2薄膜作为第三空穴传输层；所述的背电极为金属电极层。
进一步，所述透明导电玻璃层是掺硼、铝和镓的氧化锌薄膜，掺氟二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜至少一种。
进一步，所述金属电极层为金、银、铜或铝薄膜，厚度为50-100nm。
为实现本发明的目的之二采用的技术方案是：根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，它的制备方法包括以下步骤：
1)透明导电玻璃层的制备：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
2)第一电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在步骤1)的FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
3)第一吸光层Sb2S3薄膜的制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应1.5-2h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得250-350nm厚的Sb2S3薄膜；
4)第一空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
5)第二电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
6)第二吸光层Sb2(S,Se)3薄膜的制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb2O3、5mLDMF、3mLCS2搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制。用移液枪吸取50-100μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为30-45s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到600-900nm的Sb2(S,Se)3薄膜；
7)第二空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
8)第三电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
9)第三吸光层Sb2Se3薄膜的制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃，将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在55-75s，使用近空间升华法，制得厚度为1500-2000nm的Sb2Se3薄膜；
10)第三空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
11)所述金属电极电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10- 4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50-100nm厚的金属电极层。
本发明的一种全锑基薄膜太阳电池，该太阳电池的各功能层均为锑基材料，所采用的第一、第二和第三电子传输层材料均为氧化锑(Sb2O3)薄膜，第一吸光层材料为硫化锑(Sb2S3)薄膜、第二吸光层材料为硫硒化锑(Sb2(S,Se)3)薄膜、第三吸光层材料为硒化锑(Sb2Se3)薄膜；第一、第二和第三空穴传输层材料均为铜锑硫(CuSbS2)薄膜，特别是以Sb2O3薄膜作为电子传输层材料，拓展了太阳电池中电子传输层材料的应用范围，Sb2O3薄膜作为薄膜太阳电池的电子传输层，薄膜均匀平整，透光率和导电率高；该全锑基太阳电池通过吸光层硒锑比的改变可以调节光谱响应范围，从而可以建构出全锑基双结和全锑基三结叠层太阳电池结构，提高太阳电池的光电转换效率，全锑基薄膜太阳电池原材料丰富，其物质结构相近，能带排列较为匹配，能够有效提升太阳电池的器件性能，具有结构简单，成本低，化学性质稳定的特点；制备方法科学合理，制备流程简单、实用性强，适合于工业化生产，效率高。
附图说明
图1是单结全锑基太阳电池基本结构示意图；
图2是双结全锑基太阳电池基本结构示意图；
图3是三叠层全锑基太阳电池基本结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，本发明一种全锑基单结太阳电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：用透明导电玻璃作为衬底，并进行清洗；
步骤S2：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第一电子传输层；
步骤S3：使用水热法制备Sb2S3薄膜作为第一吸光层；
步骤S4：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第一空穴传输层；
步骤S5：蒸镀金属电极层作为背电极。
参照图2，本发明一种全锑基双结太阳电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：用透明导电玻璃作为衬底，并进行清洗；
步骤S2：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第一电子传输层；
步骤S3：使用水热法制备Sb2S3薄膜作为第一吸光层；
步骤S4：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第一空穴传输层；
步骤S5：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第二电子传输层；
步骤S6：使用近空间升华法制备Sb2Se3薄膜作为第二吸光层；
步骤S7：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层；
步骤S8：蒸镀金属电极层作为背电极。
参照图3，本发明一种全锑基三叠层太阳电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：用透明导电玻璃作为衬底，并进行清洗；
步骤S2：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第一电子传输层；
步骤S3：使用水热法制备Sb2S3薄膜作为第二吸光层；
步骤S4：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层；
步骤S5：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第二电子传输层；
步骤S6：使用溶液法制备Sb2(S,Se)3薄膜作为第二吸光层；
步骤S7：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层；
步骤S8：使用旋涂方法，制备Sb2O3薄膜作为第三电子传输层；
步骤S9：使用近空间升华法制备Sb2Se3薄膜作为第三吸光层；
步骤S10：采用喷雾热解法制备CuSbS2薄膜作为第三空穴传输层；
步骤S11：蒸镀金属电极层作为背电极。
具体实施例：
实施例1：单结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应4.8h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得800nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(5)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50nm厚的金电极作为金属电极层；制得单结全锑基薄膜太阳能电池结构如图1所示。
实施例2：单结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到75nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应6h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得1000nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(5)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积75nm厚的金电极作为金属电极层；制得单结全锑基薄膜太阳电池结构如图1所示。
实施例3：单结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到100nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应7.2h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得1200nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(5)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积100nm厚的金电极作为金属电极层；制得单结全锑基薄膜太阳电池结构如图1所示。
实施例4：双结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到50nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应2.4h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得400nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在40s。使用近空间升华法，制得厚度为800nm的Sb2Se3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(8)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50nm厚的金电极作为金属电极层；制得双叠层全锑基器件结构如图2所示。
实施例5：双结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到75nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应3h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得500nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到75nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在50s。使用近空间升华法，制得厚度为1000nm的Sb2Se3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(8)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积75nm厚的金电极作为金属电极层；制得双叠层全锑基薄膜太阳电池结构如图2所示。
实施例6：双结全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得100nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应3.6h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得600nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到100nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在60s。使用近空间升华法，制得厚度为1200nm的Sb2Se3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(8)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积100nm厚的金电极作为金属电极层；制得双叠层全锑基薄膜太阳电池结构如图2所示。
实施例7：三叠层全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应1.5h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得250nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2(S,Se)3薄膜制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb2O3、5mLDMF、3mLCS2搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制。用移液枪吸取50μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为30s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到600nm的Sb2(S,Se)3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(8)Sb2O3薄膜制备：将0.3g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得50nm厚的Sb2O3薄膜；
(9)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在55s。使用近空间升华法，制得厚度为1500nm的Sb2Se3薄膜；
(10)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50nm；
(11)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50nm厚的金电极作为金属电极层；制得三叠层全锑基薄膜太阳电池如图3所示。
实施例8：三叠层全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得75nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应1.8h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得300nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得75nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2(S,Se)3薄膜制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb2O3、5mLDMF、3mLCS2搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制。用移液枪吸取75μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为40s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到750nm的Sb2(S,Se)3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(8)Sb2O3薄膜制备：将0.45g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.0075M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到75nm厚的Sb2O3薄膜；
(9)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在65s。使用近空间升华法，制得厚度为1750nm的Sb2Se3薄膜；
(10)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:3.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为75nm；
(11)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积75nm厚的金电极作为金属电极层；制得三叠层全锑基薄膜太阳电池如图3所示。
实施例9：三叠层全锑基薄膜太阳电池的制备过程为：
(1)FTO导电玻璃清洗：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
(2)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制备得到100nm厚的Sb2O3薄膜；
(3)Sb2S3薄膜制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应2h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气氛350℃下退火5min，制得350nm厚的Sb2S3薄膜；
(4)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(5)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得100nm厚的Sb2O3薄膜；
(6)Sb2(S,Se)3薄膜制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb2O3、5mLDMF、3mLCS2搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制。用移液枪吸取100μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为45s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到900nm的Sb2(S,Se)3薄膜；
(7)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(8)Sb2O3薄膜制备：将0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.01M的Sb(Ac)3溶液。通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO表面。然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气氛下进行退火，制得100nm厚的Sb2O3薄膜；
(9)Sb2Se3薄膜制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃。将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在75s。使用近空间升华法，制得厚度为2000nm的Sb2Se3薄膜；
(10)CuSbS2薄膜制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min。之后在Ar气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为100nm；
(11)Au电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积100nm厚的金电极作为金属电极层，经过步骤1)-11)制得如图3所示的三叠层全锑基薄膜太阳电池。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种全锑基薄膜太阳电池，它包括：前电极、顶电池、背电极，其特征是，所述前电极为透明导电玻璃层，所述顶电池由自上至下依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第一电子传输层、Sb2S3薄膜作为第一吸光层、CuSbS2薄膜作为第一空穴传输层组成；还包括在所述顶电池与背电极之间自上至下依次层叠设置中间电池、底电池，所述中间电池由自上至下依次层叠设置的Sb2O3薄膜作为第二电子传输层、Sb2(S,Se)3薄膜作为第二吸光层、CuSbS2薄膜作为第二空穴传输层组成；所述底电池由自上至下层叠设置的Sb2O3薄膜作为第三电子传输层、Sb2Se3薄膜作为第三吸光层、CuSbS2薄膜作为第三空穴传输层；所述的背电极为金属电极层。
2.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，所述透明导电玻璃层是掺硼、铝和镓的氧化锌薄膜、掺氟二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，其特征在于：所述金属电极层为金、银、铜或铝薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，它的制备方法包括以下步骤：
1)透明导电玻璃层的制备：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；
2)第一电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01MM的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在步骤1)的FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
3)第一吸光层Sb2S3薄膜的制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应1.5-2h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气气氛下于350℃进行5min退火，制得250-350nm厚的Sb2S3薄膜；
4)第一空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
5)第二电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
6)第二吸光层Sb2(S,Se)3薄膜的制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb2O3、5mLDMF、3mLCS2搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制，用移液枪吸取50-100μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为30-45s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到600-900nm的Sb2(S,Se)3薄膜；
7)第二空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
8)第三电子传输层Sb2O3薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH3COO)3Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)3溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb2O3薄膜；
9)第三吸光层Sb2Se3薄膜的制备；称取0.6gSb2Se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃，将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在55-75s，使用近空间升华法，制得厚度为1500-2000nm的Sb2Se3薄膜；
10)第三空穴传输层CuSbS2薄膜的制备：将CuCl2·2H2O、纯度为99％的(CH3COO)3Sb、纯度为99％的H2NCSNH2，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS2薄膜，其厚度为50-100nm；
11)金属电极电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50-100nm厚的金属电极层。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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