[發明專利]一種硒硫化銻薄膜的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010141390.X
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111320395B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 陳濤;唐榮風;王小敏;朱長飛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C01G30/00;H01L31/032;H01L31/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供了一種硒硫化銻薄膜的制備方法，包括以下步驟：將酒石酸銻鉀、硫源與硒源混合，在密閉環境中進行水熱反應，干燥后得到硒硫化銻前驅膜；將所述硒硫化銻前驅膜進行退火，得到硒硫化銻薄膜。本申請還提供了基于硒硫化銻薄膜的太陽能電池器件。本發明在水熱體系中合成了致密且平整的硒硫化銻薄膜，所用原材料成本低，反應溫度較低，無需有機溶劑，使制備工藝簡單且環保。

技術領域

本發明涉及硒硫化銻納米材料技術領域，尤其涉及一種硒硫化銻薄膜的制備方法及其應用。

背景技術

銻基硫族化合物(Sb₂(S，Se)₃)由于具有合適的帶隙寬度(1.1-1.8eV)，在可見光范圍內具有較高的光吸收系數(＞10⁵cm^-1)，且穩定性好，組成元素環保無毒等優點而受到了人們的廣泛關注。

為了得到高質量的Sb₂(S，Se)₃薄膜，大量的合成方法得到了發展。Zhang等人通過控制硒的乙二胺溶液與CBD法形成的Sb₂S₃膜之間的擴散反應合成了硒梯度分布的Sb₂(S_1-xSe_x)₃薄膜(Zhang Y，Li J M.Solar RRL，1，1700017(2017))；該器件產生的開路電壓與Sb₂S₃太陽能電池相當，且短路電流密度較Sb₂S₃高(19.43mA·cm^-2)，并最終獲得了5.71％的認證效率。該方法雖然新穎，但制備Sb₂(S，Se)₃的過程較為復雜。

Yang等通過在快速熱蒸發過程中引入原位硫化(Shockley W，Queisser HJ.Journal of Applied Physics，32，510-519(1961))，成功獲得了一系列單相、高結晶度的不同Se/S比例的Sb₂(Se_1-xS_x)₃薄膜；通過細致的優化，Se/S分布均勻的Sb₂(Se_0.80S_0.20)₃作為光吸收層時，器件獲得了5.79％的太陽能轉換效率。這種技術合成的Sb₂(S，Se)₃質量較高，但需要的成本也比較高。

Seok等通過兩步法(Choi Y C，Lee Y H.Advanced Energy Materials，24，1301680(2014))，即通過CBD法將Sb₂S₃沉積到采用旋涂N，N-二甲基硒脲與氯化銻的混合溶液得到的Sb₂Se₃表面，成功的制備了具有梯度帶隙的Sb₂(S_x/Se_1-x)₃薄膜，并獲得了6.6％的光電轉化效率。而Wu等通過旋涂硒粉與三氧化二銻的N-丁基二硫代氨基甲酸-DMF溶液的方法制備了均相的Sb₂(S_1-xSe_x)₃薄膜太陽能電池，同樣獲得了6.6％的光電轉換效率(Wu C Y，Jiang C H.ACS Applied MaterialsInterfaces，11，3207-3213(2019))。這兩種方法得到Sb₂(S，Se)₃基太陽能電池的效率較高，但制備過程中會涉及有機溶劑。

因此，高質量的硒硫化銻薄膜的合成，且方法簡單、環境友好對其在光電領域具有重要意義。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種高質量的硒硫化銻薄膜的制備方法，且該方法環境友好。