CN113078239A - 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法 - Google Patents

一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113078239A
CN113078239A CN202110332164.4A CN202110332164A CN113078239A CN 113078239 A CN113078239 A CN 113078239A CN 202110332164 A CN202110332164 A CN 202110332164A CN 113078239 A CN113078239 A CN 113078239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin film
antimony selenide
film layer
solar cell
molybdenum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110332164.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113078239B (zh
Inventor
梁广兴
于紫轩
陈名东
陈烁
郑壮豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202110332164.4A priority Critical patent/CN113078239B/zh
Publication of CN113078239A publication Critical patent/CN113078239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113078239B publication Critical patent/CN113078239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864Annealing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0328Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, semiconductor materials provided for in two or more of groups H01L31/0272 - H01L31/032
    • H01L31/0336Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, semiconductor materials provided for in two or more of groups H01L31/0272 - H01L31/032 in different semiconductor regions, e.g. Cu2X/CdX hetero-junctions, X being an element of Group VI of the Periodic System
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03925Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIIBVI compound materials, e.g. CdTe, CdS
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明公开了一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法,包括:在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜;将硒源和金属前驱膜放置于双温区管式炉中,通过硒源对金属前驱膜进行硒化退火,得到沉积于钼薄膜层上的硒化锑薄膜层;在硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结;对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在硫化镉薄膜层上沉积透明导电层以及在透明导电层和所述钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。本发明通过对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理,使得硫化镉中的Cd2+和S2‑扩散至硒化锑进行有效掺杂,降低了电池开路电压亏损,提高了薄膜太阳电池的开路电压。

Description

一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及能源材料技术领域,具体涉及一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法。
背景技术
薄膜太阳电池如碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、有机太阳电池和钙钛矿太阳电池等,由于原材料含有稀有昂贵元素(如铟、镓和碲等)、有毒元素(如镉和铅等)以及器件性能的不稳定性,直接制约其大面积使用和长期发展。而作为第三代薄膜太阳电池候补技术之一的铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳电池,容易出现多元晶格、多维缺陷以及杂质相等,制约着薄膜太阳电池性能进一步提高。
近年来,新型硒化锑薄膜太阳电池因其原料来源广泛、价格低廉且绿色无毒而受到人们广泛关注。但现有硒化锑薄膜太阳电池受限于硒化锑材料自身有效掺杂浓度(1×1013cm-3左右)的影响,整体电池开路电压亏损偏高。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法,旨在解决现有硒化锑薄膜太阳电池开路电压亏损偏高的问题。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,包括:
在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜;
将硒源和所述金属前驱膜放置于双温区管式炉中,通过硒源对所述金属前驱膜进行硒化退火,得到沉积于所述钼薄膜层上的硒化锑薄膜层;
在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结;
对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在所述硫化镉薄膜层上沉积透明导电层以及在所述透明导电层和所述钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属的步骤之前包括:
以氩气和钼金属分别作为溅射气体和溅射靶材,在衬底上溅射钼金属,得到沉积于衬底的钼薄膜层;其中,所述钼金属的溅射条件为:在预设第一压力下溅射预设时间,然后以预设第二压力继续溅射;其中,所述第一压力大于所述第二压力。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述衬底为玻璃,所述在衬底上溅射钼金属的步骤之前包括:
对所述衬底依次用泡沫水、丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗,并放置于真空干燥箱中干燥。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结的步骤包括:
将所述硒化锑薄膜层放置于装有硫酸镉、氨水和去离子水的混合溶液的烧杯中,并将所述烧杯放置于60℃~80℃的水浴中;
向所述烧杯中加入硫脲,搅拌条件下,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理的步骤之前包括:
用去离子水清洗所述硫化镉薄膜层表面,以去除所述硫化镉薄膜层表面残余颗粒,并用氮气吹干所述硫化镉薄膜层表面。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述热处理条件为:在惰性气氛中350℃~450℃热处理10~20min。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,硒化退火时所述硒源的温度为390~410℃,所述金属前驱膜的温度为350~370℃。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述透明导电层为透明导电氧化物层,所述透明导电层的厚度为100~500nm。
所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其中,所述背电极为金和镍中的至少一种,所述背电极厚度为100~500nm。
一种硒化锑薄膜太阳电池,其中,采用所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法制备而成。
有益效果:本发明通过对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理,使得硫化镉中的Cd2+和S2-扩散至硒化锑进行有效掺杂,Cd2+部分替位Sb3+使得载流子浓度(空穴浓度)获得提高,S2-部分替位Se2-使得光学带隙获得拓宽,降低了电池开路电压亏损,使得薄膜太阳电池的开路电压超过500mV。
附图说明
图1是本发明实施例提供的硒化锑薄膜太阳电池的结构示意图;
图2是本发明实施例1制备的硒化锑薄膜太阳电池的循环伏安曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。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。
薄膜太阳电池如碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、有机太阳电池和钙钛矿太阳电池等,由于原材料含有稀有昂贵元素(如铟、镓和碲等)、有毒元素(如镉和铅等)以及器件性能的不稳定性直接制约其大面积使用和长期发展。而作为第三代薄膜太阳电池候补技术之一的铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳电池,采用四元或五元薄膜材料作为光吸收层,不仅单相区域很小,且组分中的Zn、Sn、S和Se饱和蒸汽压都比较高,容易出现多元晶格、多维缺陷以及杂质相等,制约着薄膜太阳电池性能进一步提高。因此,寻找来源广泛、价格低廉且绿色无毒的环境友好型半导体材料是高效率薄膜太阳电池的研究目标。
近年来,新型硒化锑薄膜太阳电池因其原料来源广泛、价格低廉且绿色无毒而受到人们广泛关注。但现有硒化锑薄膜太阳电池受限于硒化锑材料自身有效掺杂浓度(1×1013cm-3左右)的影响,开路电压亏损约为800mV,相比于高效GIGS薄膜太阳电池354mV的开路电压亏损,整体表现电池开路电压亏损偏高。
为了解决上述问题,本发明实施例提供了一种硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,所述方法包括:
S1、在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜。
对于薄膜太阳电池来说,吸收层是关键组件,不仅需要对太阳光进行吸收产生光生载流子,而且光生载流子在电场力作用下需要在吸收层薄膜内部传输,同时后续硫化镉薄膜也要在吸收层上继续生长,吸收层的质量高低将影响光生载流子的传输,硫化镉的生长,pn结的界面,进而影响器件的性能,因此获得高质量的吸收层薄膜就显得尤为重要。硒化锑作为硒化锑薄膜太阳电池的吸收层,在常温常压下只有一种相,因此既可以一步沉积也可以通过两步沉积来制备硒化锑薄膜,考虑到一步沉积之后继续硒化可以有效减少硒化锑薄膜中的深能级缺陷,提高器件的性能,本实施例中采用两步沉积法来制备硒化锑薄膜。
两步沉积法制备硒化锑薄膜时,需要首先制备锑的金属前驱膜,这种金属前驱膜可以通过多种方法获得,例如非真空方法中的水浴沉积法,电沉积法等,真空方法中的脉冲激光沉积、热蒸发沉积以及磁控溅射沉积等。其中,磁控溅射是一种成熟的物理气相沉积成膜工艺,根据使用的电源类型可以分为直流溅射和射频溅射,本实施例中采用直流磁控溅射在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到锑的金属前驱膜,溅射过程中采用纯度为5N的高纯氩气作为溅射气体,溅射过程中保持衬底匀速旋转改善沉积薄膜的均匀性。
在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属之前,本实施例中以氩气和钼金属分别作为溅射气体和溅射靶材,采用磁控溅射在衬底上沉积一层800~1000nm厚度的钼薄膜层。为了获得高附着能力和高性能的钼薄膜层,溅射时首先在预设第一压力下溅射预设时间,然后以预设第二压力继续溅射,直至钼薄膜层达到预设厚度。其中,所述第一压力大于所述第二压力,在第一压力下形成的钼薄膜层与衬底附着力较强,获得的钼薄膜层在后续的高温退火过程中不会脱落,但是在第一压力下形成的钼薄膜层电阻率较大,不利于薄膜太阳电池背电极电子传输,因此在预设时间后采用较低的第二压力进行溅射,可以获得低电阻率的钼薄膜层。在一具体实施例中,所述第一压力为1Pa,所述预设时间为5min,所述第二压力为0.25Pa。
在一具体实施方式中,所述衬底为玻璃,为了提高衬底上沉积的钼薄膜层的均匀性,在衬底上沉积钼薄膜层之前,本实施例对所述衬底依次使用泡沫水、丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗,并放置于真空干燥箱中干燥,以去除衬底上的杂质,避免杂质对钼薄膜层的影响。
S2、将硒源和所述金属前驱膜放置于双温区管式炉中,通过硒源对所述金属前驱膜进行硒化退火,得到沉积于所述钼薄膜层上的硒化锑薄膜层。
前述步骤中提到,为了减少硒化锑薄膜中的深能级缺陷,本实施例中采用两步沉积来制备硒化锑薄膜,在得到锑的金属前驱膜后,进一步对金属前驱膜进行硒化退火处理。金属前驱膜的硒化退火处理在双温区管式炉中进行,将硒源和所述金属前驱膜放置于双温区管式炉中后,对双温区管式炉抽真空并冲入纯度为5N的高纯氩气,使得双温区管式炉的石英管密闭,然后进行退火处理,退火完毕后自然冷却至室温。其中,退火处理过程中,所述硒源的加热温度为390~410℃,所述金属前驱膜的加热温度为350~370℃。
S3、在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结。
具体地,获得沉积于所述钼薄膜层上的硒化锑薄膜层后,在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,本实施例中采用化学水浴法(CBD)在硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,将硒化锑薄膜层放置于装有硫酸镉、氨水和去离子水的混合溶液的烧杯中,并将所述烧杯放置于60℃~80℃的水浴中,然后向烧杯中加入硫脲,搅拌条件下硫酸镉、氨水和硫脲会发生反应,其反应式为:Cd(NH3)+SC(NH2)2+2OH-→CdS+H2NCN+4NH3+2H2O,从而得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结。沉积完成后,将硫化镉/硒化锑异质结从烧杯中取出,并用去离子水清洗所述硫化镉薄膜层表面后,用氮气吹干所述硫化镉薄膜层表面,以去除所述硫化镉薄膜层表面残余颗粒。
S4、对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在所述硫化镉薄膜层上沉积透明导电层以及在所述透明导电层和所述钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。
考虑到硒化锑自身有效掺杂浓度(载流子浓度)较低,本实施例中得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结后,对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理,在热处理过程中,硫化镉中的Cd2+和S2-会扩散至硒化锑进行有效掺杂,Cd2+部分替位Sb3+使得载流子浓度(空穴浓度)获得提高,S2-部分替位Se2-使得光学带隙获得拓宽,可以使最终获得硒化锑薄膜太阳电池的开路电压超过500mV。其中,所述热处理条件为:在惰性气氛中350℃~450℃热处理10~20min。
在对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在硫化镉薄膜层上沉积透明导电层并在透明导电层和钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。在一具体实施例中,所述透明导电层为透明导电氧化物层如ITO或FTO,所述透明导电层的厚度为100~500nm,所述背电极为金和镍中的至少一种,所述背电极厚度为100~500nm。
本发明还提供一种采用上述硒化锑薄膜太阳电池的制备方法制备而成的硒化锑薄膜太阳电池。如图1所示,所述硒化锑薄膜太阳电池至下而上包括衬底1、钼薄膜层2、硒化锑薄膜层3、硫化镉薄膜层4以及透明导电层5,所述衬底1和所述钼薄膜层2在水平面上的投影重叠,所述硒化锑薄膜层3、硫化镉薄膜层4以及透明导电层5水平面上的投影重叠,且所述硒化锑薄膜层3、硫化镉薄膜层4以及透明导电层5水平面上的投影面积小于所述衬底1和所述钼薄膜层2在水平面上的投影面积,所述透明导电层5和所述钼薄膜层2上还设置有背电极6。本实施例中硒化锑薄膜太阳电池的硫化镉/硒化锑异质结经过热处理,硒化锑薄膜层3中部分Sb3+由Cd2+替位使得载流子浓度(空穴浓度)获得提高,部分Se2-由S2-替位使得光学带隙获得拓宽,降低了电池开路电压亏损,使得最终获得的硒化锑薄膜太阳电池的开路电压超过500mV。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
实施例1
(1)对玻璃依次用泡沫水、丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗,并放置于真空干燥箱中干燥;
(2)以氩气和钼金属分别作为溅射气体和溅射靶材,在干燥的玻璃上溅射钼金属,得到沉积于衬底的钼薄膜层;其中,钼金属的溅射条件为:在压力为1Pa下溅射5min,然后在压力为0.25Pa下继续溅射,直至钼薄膜层厚度达到800nm;
(3)以氩气和锑金属分别作为溅射气体和溅射靶材,在沉积于玻璃的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜;
(4)将硒源和金属前驱膜放置于双温区管式炉中,对双温区管式炉抽真空并冲入纯度为5N的高纯氩气,使得双温区管式炉的石英管密闭,然后以400℃和360℃的温度分别对硒源和金属前驱膜进行加热,通过硒源对金属前驱膜进行硒化退火,退火完毕后自然冷却至室温,得到沉积于钼薄膜层上的硒化锑薄膜层;
(5)将硒化锑薄膜层放置于装有硫酸镉、氨水和去离子水的混合溶液的烧杯中,并将烧杯放置于70℃的水浴中,然后向烧杯中加入硫脲,搅拌条件下,得到沉积于钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结;
(6)在氩气气氛和400℃下对硫化镉/硒化锑异质结热处理15min后,在硫化镉薄膜层上沉积ITO层以及在ITO层和钼薄膜层上沉积金,得到硒化锑薄膜太阳电池。
图2为本发明实施例1中制备的硒化锑薄膜太阳电池的循环伏安曲线图,从图2可以看出本实施例1中制备的硒化锑薄膜太阳电池的开路电压为506mV,短路电流密度为23.30mA/cm2,填充因子为51.6%,效率为6.08%,薄膜太阳电池的开路电压亏损相对于现有薄膜太阳电池开了电压亏损明显降低。
综上所述,本发明公开了一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法,包括:在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜;将硒源和所述金属前驱膜放置于双温区管式炉中,通过硒源对所述金属前驱膜进行硒化退火,得到沉积于所述钼薄膜层上的硒化锑薄膜层;在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结;对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在所述硫化镉薄膜层上沉积透明导电层以及在所述透明导电层和所述钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。本发明通过对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理,使得硫化镉中的Cd2+和S2-扩散至硒化锑进行有效掺杂,降低了电池开路电压亏损,提高了薄膜太阳电池的开路电压。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,包括:
在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属,得到金属前驱膜;
将硒源和所述金属前驱膜放置于双温区管式炉中,通过硒源对所述金属前驱膜进行硒化退火,得到沉积于所述钼薄膜层上的硒化锑薄膜层;
在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结;
对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理后,在所述硫化镉薄膜层上沉积透明导电层以及在所述透明导电层和所述钼薄膜层上沉积背电极,得到硒化锑薄膜太阳电池。
2.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述在沉积于衬底的钼薄膜层上溅射锑金属的步骤之前包括:
以氩气和钼金属分别作为溅射气体和溅射靶材,在衬底上溅射钼金属,得到沉积于衬底的钼薄膜层;其中,所述钼金属的溅射条件为:在预设第一压力下溅射预设时间,然后以预设第二压力继续溅射;其中,所述第一压力大于所述第二压力。
3.根据权利要求2所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述衬底为玻璃,所述在衬底上溅射钼金属的步骤之前包括:
对所述衬底依次用泡沫水、丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗,并放置于真空干燥箱中干燥。
4.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述在所述硒化锑薄膜层上沉积硫化镉薄膜层,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结的步骤包括:
将所述硒化锑薄膜层放置于装有硫酸镉、氨水和去离子水的混合溶液的烧杯中,并将所述烧杯放置于60℃~80℃的水浴中;
向所述烧杯中加入硫脲,搅拌条件下,得到沉积于所述钼薄膜层上的硫化镉/硒化锑异质结。
5.根据权利要求4所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述对硫化镉/硒化锑异质结进行热处理的步骤之前包括:
用去离子水清洗所述硫化镉薄膜层表面,以去除所述硫化镉薄膜层表面残余颗粒,并用氮气吹干所述硫化镉薄膜层表面。
6.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述热处理条件为:在惰性气氛中350℃~450℃热处理10~20min。
7.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,硒化退火时所述硒源的温度为390~410℃,所述金属前驱膜的温度为350~370℃。
8.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述透明导电层为透明导电氧化物层,所述透明导电层的厚度为100~500nm。
9.根据权利要求1所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,所述背电极为金和镍中的至少一种,所述背电极厚度为100~500nm。
10.一种硒化锑薄膜太阳电池,其特征在于,采用如权利要求1~9任一项所述的硒化锑薄膜太阳电池的制备方法制备而成。
CN202110332164.4A 2021-03-29 2021-03-29 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法 Active CN113078239B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110332164.4A CN113078239B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110332164.4A CN113078239B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113078239A true CN113078239A (zh) 2021-07-06
CN113078239B CN113078239B (zh) 2022-08-05

Family

ID=76610919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110332164.4A Active CN113078239B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113078239B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335348A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 华能新能源股份有限公司 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN115064607A (zh) * 2022-06-22 2022-09-16 深圳大学 一种硒化锑自驱动薄膜光电探测器及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100261304A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 State of Oregon acting by and through the State Board of Higher Education on behalf of Oregon Solution-based process for making inorganic materials
JP2013526003A (ja) * 2010-02-18 2013-06-20 コリア リサーチ インスティチュート オブ ケミカル テクノロジー 全固体状ヘテロ接合太陽電池
JP2015193513A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 旭化成株式会社 結晶成長促進剤及びそれを用いた金属カルコゲナイド化合物の製造方法
CN107546289A (zh) * 2017-08-01 2018-01-05 华中科技大学 一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112201725A (zh) * 2020-09-22 2021-01-08 西北工业大学深圳研究院 一种硒化锑薄膜太阳能电池的制备方法
CN112259620A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 山东警察学院 一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100261304A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 State of Oregon acting by and through the State Board of Higher Education on behalf of Oregon Solution-based process for making inorganic materials
JP2013526003A (ja) * 2010-02-18 2013-06-20 コリア リサーチ インスティチュート オブ ケミカル テクノロジー 全固体状ヘテロ接合太陽電池
JP2015193513A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 旭化成株式会社 結晶成長促進剤及びそれを用いた金属カルコゲナイド化合物の製造方法
CN107546289A (zh) * 2017-08-01 2018-01-05 华中科技大学 一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112201725A (zh) * 2020-09-22 2021-01-08 西北工业大学深圳研究院 一种硒化锑薄膜太阳能电池的制备方法
CN112259620A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 山东警察学院 一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUANG-XING LIANG等: "Sputtered and selenized Sb2Se3 thin-film solar cells with open-circuit voltage exceeding 500 mV", 《NANO ENERGY》 *
刘新胜: "热蒸发法制备硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳能电池及其性能研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 工程科技Ⅱ辑》 *
薛丁江 等: "新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展", 《物理学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335348A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 华能新能源股份有限公司 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN114335348B (zh) * 2021-12-23 2023-05-05 华能新能源股份有限公司 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法
WO2023115870A1 (zh) * 2021-12-23 2023-06-29 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN115064607A (zh) * 2022-06-22 2022-09-16 深圳大学 一种硒化锑自驱动薄膜光电探测器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113078239B (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110828602B (zh) 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法
CN113078239B (zh) 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法
CN104143579A (zh) 一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法
CN109309145B (zh) 一种p+/p/n硒化锑薄膜电池的制备方法
CN113745359A (zh) 一种碲化镉梯度吸收层的制备方法及太阳电池
CN104241439A (zh) 一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法
CN112201699A (zh) 一种具有背接触结构的硒化锑太阳电池及其制备方法与应用
CN110165020B (zh) 一种基于CdS/SnO2混合N型层的高效Sb2Se3薄膜电池及其制备方法
CN112259620A (zh) 一种Sb2Se3薄膜太阳能电池及其制备方法
CN109616550B (zh) 一种提高Sb2Se3薄膜晶粒柱状生长趋势的方法
CN112736150B (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112837997B (zh) 一种ZnCdS薄膜的制备方法及铜锌锡硫硒太阳电池的制备方法
CN114122169A (zh) 一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法及应用
CN113078224A (zh) 透明导电玻璃铜铟硒薄膜太阳能电池器件及其制备方法与应用
CN103268906B (zh) 硫化镉薄膜及具有硫化镉薄膜的太阳能电池的制备方法
KR101388458B1 (ko) 급속 열처리 공정을 사용한 cigs 박막의 제조방법
CN106374012B (zh) 一种简单结构制备铜锌锡硫薄膜太阳电池的方法
CN114122170B (zh) 一种铜锌锡硫吸收层薄膜、制备及包含其的太阳电池
CN113571406B (zh) 一种液相硒化制备硒硫化锑薄膜的方法
CN114975653B (zh) 一种Zn(O,S)薄膜的制备方法及其应用
CN114904744B (zh) 一种制备铜铟硒薄膜的刮涂方法及其应用
CN113088882A (zh) 取向诱导生长的硒化锑薄膜及其制备方法与薄膜太阳电池
CN112563117B (zh) 一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法
CN115101611B (zh) 一种基于AgSbS2的无机薄膜太阳能电池及其制备方法
CN110752272B (zh) 一种提高柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池效率的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant