CN205319168U - 一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池的结构从下至上依次为：基底1、金属纳米线2、N型β—硫化铟窗口层3、二硫化钼缓冲层4、P型硫化亚锡吸收层5、金属电极6。本实用新型的优点在于，一是充分利用硫化亚锡、二硫化钼和β—硫化铟禁带宽度的特点，分别将其用作太阳能电池的吸收层、缓冲层和窗口层，有利于充分吸收太阳光；二是利用硫化亚锡、二硫化钼和β—硫化铟都属硫化物的特点，减少它们之间的晶格失配，从而减少缺陷态密度，降低光生载流子的复合，有利于载流子的传输；三是利用金属纳米线来代替传统的导电薄膜，大大减小膜层电阻，有利于载流子的横向收集，极大地提高了太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体涉及一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池的结构。

背景技术

硫化亚锡作为一种原料丰富、安全无毒、价格便宜的新型材料，具有巨大的潜在应用前景，一直是科研工作者的研究热点。其光学直接带隙和间接带隙分别为1.2~1.5eV和1.0~1.1eV，与太阳辐射中的可见光有很好的光谱匹配，非常适合用做太阳能电池的光吸收材料，也是一种非常有潜力的太阳能电池材料。硫化铟(In₂S₃)是一种III-VI族化合物半导体，具有特殊的光电、光致发光等性能，在燃料电池、电化学传感器以及光电功能材料等领域具有很大的潜在应用价值。研究表明，In₂S₃在不同热处理温度下会呈现三种不同的晶体类型：(1)693K，α—In₂S₃；(2)1027K，β—In₂S₃；(3)1027K以上，γ—In₂S₃。通常β—硫化铟(β—In₂S₃)是室温下的稳定结构，并且其禁带宽度为2~2.45eV，未掺杂情况下一般呈N型，可以作为铜铟硫、铜铟硒和铜铟镓硒薄膜太阳电池的缓冲层和窗口层。由于β—In₂S₃具有较大的禁带宽度，对可见光波段的吸收较小，生长过程中需要的温度较低，不会对先前沉积的薄膜层造成破坏，并且无毒性，可能用来替代有毒的硫化镉作为太阳能电池窗口层材料。二硫化钼，禁带宽度约为1.87ev，在硫化亚锡和硫化铟构成的PN结太阳能电池中，可以起到很好的缓冲的作用，因此适合用来作缓冲层材料。

通常有机太阳能电池使用的电极材料是掺锡的氧化铟(ITO)，然而，由于ITO成本高、易碎等问题激发了人们对柔性、低成本导电材料的开发兴趣。因此，研究低成本、制备工艺相对简单能够替代ITO薄膜的透明导电薄膜就显得非常必要。而金属纳米线具有成本低、易制备、可实现柔性化大规模生产等优点，因而符合人们的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种新型的薄膜太阳能电池的结构，以实现制备工艺简单，原材料无毒环保，衬底选择范围广，又能极大地提高太阳能电池的光电转换效率。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池，其结构从下至上依次为：基底、金属纳米线、N型β—硫化铟窗口层、二硫化钼缓冲层、P型硫化亚锡吸收层、金属电极，该结构的优点是，首先，充分利用硫化亚锡、二硫化钼和β—硫化铟禁带宽度的特点，分别将其用作太阳能电池的吸收层、缓冲层和窗口层，有利于充分吸收太阳光；其次，利用硫化亚锡、二硫化钼和β—硫化铟都属硫化物的特点，减少它们之间的晶格失配，从而减少缺陷态密度，降低光生载流子的复合，有利于载流子的传输；最后，利用金属纳米线来代替传统的导电薄膜，大大减小膜层电阻，有利于载流子的横向收集，提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

附图1是本实用新型提供的一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池的层结构示意图。

附图1标号说明：

1─基底；

2—金属纳米线；

3—N型β—硫化铟窗口层；

4—二硫化钼缓冲层；

5—P型硫化亚锡吸收层；

6—金属电极。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型内容不仅限于实施例中涉及的内容。

本实用新型按附图1所示结构，它包括从下至上依次分布的基底1、金属纳米线2、N型β—硫化铟窗口层3、二硫化钼缓冲层4、P型硫化亚锡吸收层5、金属电极6。

实施例一：

取一块干净的玻璃基底，利用直流电化学沉积法在玻璃基底上沉积银纳米线，然后利用真空蒸发法在银纳米线上沉积N型β—硫化铟，在N型β—硫化铟上利用双源蒸发法沉积二硫化钼薄膜，在二硫化钼薄膜上利用超声喷雾法沉积P型硫化亚锡薄膜，最后在硫化亚锡薄膜上丝网印刷金属银(Ag)电极。

实施例二：

取一块干净的硅片基底，利用直流电化学沉积法在硅片基底上制备铜纳米线，然后利用超声喷雾法在铜纳米线上沉积N型β—硫化铟，在N型β—硫化铟上利用脉冲电沉积法沉积二硫化钼薄膜，在二硫化钼薄膜上利用真空蒸发法沉积P型硫化亚锡薄膜，最后在硫化亚锡薄膜上丝网印刷金属铝(Al)电极。

实施例三：

取一块干净的有机柔性塑料基底，利用直流电化学沉积法在有机柔性塑料基底上制备镍纳米线，然后利用磁控溅射法在镍纳米线上沉积N型β—硫化铟，在N型β—硫化铟上利用化学气相沉积法沉积二硫化钼薄膜，在二硫化钼薄膜上利用超声喷雾法沉积P型硫化亚锡薄膜，最后在硫化亚锡薄膜上丝网印刷金属银(Ag)电极。

实施例四：

取一块干净的玻璃基底，利用直流电化学沉积法在玻璃基底上沉积钴纳米线，然后利用化学浴法在钴纳米线上沉积N型β—硫化铟，在N型β—硫化铟上利用双源蒸发法制备二硫化钼薄膜，在二硫化钼薄膜上利用化学浴沉积法沉积P型硫化亚锡薄膜，最后在硫化亚锡薄膜上丝网印刷金属铝(Al)电极。

Claims (4)

1.一种硫化亚锡和硫化铟薄膜太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为基底、金属纳米线、N型β—硫化铟窗口层、二硫化钼缓冲层、P型硫化亚锡吸收层、金属电极。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基底为玻璃或硅片或有机柔性塑料。

3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属纳米线为银或铜或镍或钴纳米线。

4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属电极为银或铝电极。