[發明專利]一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201610001487.4
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105655421A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 羅云榮;陳慧敏;陳春玲;周如意
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及新能源領域，具體涉及一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

硫化亞錫作為一種原料豐富、安全無毒、價格便宜的新型材料，具有巨大的潛在應用前景，一直是科研工作者的研究熱點。其光學直接帶隙和間接帶隙分別為1.2~1.5eV和1.0~1.1eV，與太陽輻射中的可見光有很好的光譜匹配，非常適合用做太陽能電池的光吸收材料，也是一種非常有潛力的太陽能電池材料。硫化銦(In₂S₃)是一種III-VI族化合物半導體，具有特殊的光電、光致發光等性能，在燃料電池、電化學傳感器以及光電功能材料等領域具有很大的潛在應用價值。研究表明，In₂S₃在不同熱處理溫度下會呈現三種不同的晶體類型：(1)693K，α—In₂S₃；(2)1027K，β—In₂S₃；(3)1027K以上，γ—In₂S₃。通常β—硫化銦(β—In₂S₃)是室溫下的穩定結構，并且其禁帶寬度為2~2.45eV，未摻雜情況下一般呈N型，可以作為銅銦硫、銅銦硒和銅銦鎵硒薄膜太陽電池的緩沖層和窗口層。由于β—In₂S₃具有較大的禁帶寬度，對可見光波段的吸收較小，生長過程中需要的溫度較低，不會對先前沉積的薄膜層造成破壞，并且無毒性，可能用來替代有毒的硫化鎘作為太陽能電池窗口層材料。二硫化鉬，禁帶寬度約為1.87ev，在硫化亞錫和硫化銦構成的PN結太陽能電池中，可以起到很好的緩沖的作用，因此適合用來作緩沖層材料。

通常有機太陽能電池使用的電極材料是摻錫的氧化銦(ITO)，然而，由于ITO成本高、易碎等問題激發了人們對柔性、低成本導電材料的開發興趣。因此，研究低成本、制備工藝相對簡單能夠替代ITO薄膜的透明導電薄膜就顯得非常必要。而金屬納米線具有成本低、易制備、可實現柔性化大規模生產等優點，因而符合人們的需求。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池及其制備方法，以實現制備工藝簡單，原材料無毒環保，襯底選擇范圍廣，又能極大地提高太陽能電池的光電轉換效率。

為了達到上述目的，本發明技術方案是這樣實現的：

一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池，其結構從下至上依次為：基底、金屬納米線、N型β—硫化銦窗口層、二硫化鉬緩沖層、P型硫化亞錫吸收層、金屬電極，該結構的優點是，首先，充分利用硫化亞錫、二硫化鉬和β—硫化銦禁帶寬度的特點，分別將其用作太陽能電池的吸收層、緩沖層和窗口層，有利于充分吸收太陽光；其次，利用硫化亞錫、二硫化鉬和β—硫化銦都屬硫化物的特點，減少它們之間的晶格失配，從而減少缺陷態密度，降低光生載流子的復合，有利于載流子的傳輸；最后，利用金屬納米線來代替傳統的導電薄膜，大大減小膜層電阻，有利于載流子的橫向收集，提高太陽能電池的光電轉換效率。

本發明技術方案所提供的一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池的制備方法包括如下步驟：

取一塊干凈的基底，利用直流電化學沉積法在基底上制備金屬納米線，然后利用真空蒸發法或超聲噴霧法或磁控濺射法或化學浴法在金屬納米線上制備N型β—硫化銦，在N型β—硫化銦上利用雙源蒸發法或脈沖電沉積法或化學氣相沉積法制備二硫化鉬薄膜，在二硫化鉬薄膜上利用超聲噴霧法或真空蒸發法或化學浴沉積法制備P型硫化亞錫薄膜，最后在硫化亞錫薄膜上絲網印刷金屬電極。

附圖說明

附圖1是本發明提供的一種硫化亞錫和硫化銦薄膜太陽能電池的層結構示意圖。

附圖1標號說明：

1─基底；

2—金屬納米線；

3—N型β—硫化銦窗口層；

4—二硫化鉬緩沖層；

5—P型硫化亞錫吸收層；

6—金屬電極。

具體實施方式

下面結合附圖1和具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明內容不僅限于實施例中涉及的內容。

本發明按附圖1所示結構，它包括從下至上依次分布的基底1、金屬納米線2、N型β—硫化銦窗口層3、二硫化鉬緩沖層4、P型硫化亞錫吸收層5、金屬電極6。

實施例一：