[發(fā)明專利]一種全銻基薄膜太陽(yáng)電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011527799.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112635593B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹宇;劉超穎;周靜;祝新運(yùn);蔣家豪;凌同;曲鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0336
• 分類號(hào): H01L31/0336;H01L31/0392;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種全銻基薄膜太陽(yáng)電池，它包括：前電極、頂電池、背電極，其特征是，所述前電極為透明導(dǎo)電玻璃層，所述頂電池由自上至下依次層疊設(shè)置的Sb₂O₃薄膜作為第一電子傳輸層、Sb₂S₃薄膜作為第一吸光層、CuSbS₂薄膜作為第一空穴傳輸層組成；還包括在所述頂電池與背電極之間自上至下依次層疊設(shè)置中間電池、底電池，所述中間電池由自上至下依次層疊設(shè)置的Sb₂O₃薄膜作為第二電子傳輸層、Sb₂(S,Se)₃薄膜作為第二吸光層、CuSbS₂薄膜作為第二空穴傳輸層組成；所述底電池由自上至下層疊設(shè)置的Sb₂O₃薄膜作為第三電子傳輸層、Sb₂Se₃薄膜作為第三吸光層、CuSbS₂薄膜作為第三空穴傳輸層；所述的背電極為金屬電極層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全銻基薄膜太陽(yáng)電池，其特征是，所述透明導(dǎo)電玻璃層是摻硼、鋁和鎵的氧化鋅薄膜、摻氟二氧化錫薄膜和氧化銦錫薄膜至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全銻基薄膜太陽(yáng)電池，其特征是，其特征在于：所述金屬電極層為金、銀、銅或鋁薄膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全銻基薄膜太陽(yáng)電池，其特征是，它的制備方法包括以下步驟：

1)透明導(dǎo)電玻璃層的制備：將FTO導(dǎo)電玻璃依次用去離子水、丙酮、異丙醇、無(wú)水乙醇各進(jìn)行40min的超聲清洗，氮?dú)獯蹈珊蟠茫?/p>

2)第一電子傳輸層Sb₂O₃薄膜的制備：將0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在適量乙二醇無(wú)水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01MM的Sb(Ac)₃溶液，通過旋涂的方法，控制轉(zhuǎn)速為1500r.p.m，時(shí)間為30s，重復(fù)3-5次，旋涂在步驟1)的FTO導(dǎo)電玻璃層表面，然后放入150℃烘箱10min進(jìn)行氧化，并在300℃的Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

3)第一吸光層Sb₂S₃薄膜的制備：稱取2g半水合酒石酸銻鉀溶于200ml超純水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分?jǐn)嚢柰瓿汕膀?qū)體溶液的配制；然后將襯底放入水熱反應(yīng)釜中，倒入前驅(qū)體溶液，在135℃的條件下反應(yīng)1.5-2h；水熱過程結(jié)束后，依次用超純水和無(wú)水乙醇沖洗；最后在100℃加熱板上熱處理2min，冷卻后在Ar氣氣氣氛下于350℃進(jìn)行5min退火，制得250-350nm厚的Sb₂S₃薄膜；

4)第一空穴傳輸層CuSbS₂薄膜的制備：將CuCl₂·2H₂O、純度為99％的(CH₃COO)₃Sb、純度為99％的H₂NCSNH₂，三者比例為1:2.5-4.5:6配制前驅(qū)體溶液，通過噴涂的方法，控制噴嘴到加熱臺(tái)的距離為27cm，加熱臺(tái)的溫度為125℃，進(jìn)液速率為1mL/min，噴涂20min，之后在Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為270℃，形成均勻平整的CuSbS₂薄膜，其厚度為50-100nm；

5)第二電子傳輸層Sb₂O₃薄膜的制備：將0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在適量乙二醇無(wú)水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)₃溶液，通過旋涂的方法，控制轉(zhuǎn)速為1500r.p.m，時(shí)間為30s，重復(fù)3-5次，旋涂在FTO導(dǎo)電玻璃層表面，然后放入150℃烘箱10min進(jìn)行氧化，并在300℃的Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

6)第二吸光層Sb₂(S,Se)₃薄膜的制備：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb₂O₃、5mLDMF、3mLCS₂攪拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驅(qū)體溶液的配制，用移液槍吸取50-100μL已過濾的前驅(qū)體溶液滴加在襯底上，轉(zhuǎn)速為9000r/min，持續(xù)時(shí)間為30-45s，之后將前驅(qū)膜放在200℃加熱板上預(yù)退火1min，接著將加熱板升到220℃加熱2min，最后將薄膜放到320℃加熱板加熱5min，得到600-900nm的Sb₂(S,Se)₃薄膜；

7)第二空穴傳輸層CuSbS₂薄膜的制備：將CuCl₂·2H₂O、純度為99％的(CH₃COO)₃Sb、純度為99％的H₂NCSNH₂，三者比例為1:2.5-4.5:6配制前驅(qū)體溶液，通過噴涂的方法，控制噴嘴到加熱臺(tái)的距離為27cm，加熱臺(tái)的溫度為125℃，進(jìn)液速率為1mL/min，噴涂20min，之后在Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為270℃，形成均勻平整的CuSbS₂薄膜，其厚度為50-100nm；

8)第三電子傳輸層Sb₂O₃薄膜的制備：將0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在適量乙二醇無(wú)水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)₃溶液，通過旋涂的方法，控制轉(zhuǎn)速為1500r.p.m，時(shí)間為30s，重復(fù)3-5次，旋涂在FTO導(dǎo)電玻璃層表面，然后放入150℃烘箱10min進(jìn)行氧化，并在300℃的Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

9)第三吸光層Sb₂Se₃薄膜的制備；稱取0.6gSb₂Se₃粉末，在1pa的真空環(huán)境下，調(diào)節(jié)蒸發(fā)距離為7mm，襯底溫度設(shè)置為300℃，將蒸發(fā)源的溫度升至350℃保持20min，然后提高蒸發(fā)源溫度至465℃，加熱時(shí)間控制在55-75s，使用近空間升華法，制得厚度為1500-2000nm的Sb₂Se₃薄膜；

10)第三空穴傳輸層CuSbS₂薄膜的制備：將CuCl₂·2H₂O、純度為99％的(CH₃COO)₃Sb、純度為99％的H₂NCSNH₂，三者比例為1:2.5-4.5:6配制前驅(qū)體溶液，通過噴涂的方法，控制噴嘴到加熱臺(tái)的距離為27cm，加熱臺(tái)的溫度為125℃，進(jìn)液速率為1mL/min，噴涂20min，之后在Ar氣氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為270℃，形成均勻平整的CuSbS₂薄膜，其厚度為50-100nm；

11)金屬電極電極制備；將樣品放入蒸發(fā)設(shè)備中，采用金蒸發(fā)源，抽真空至10^-4Pa時(shí)開始蒸發(fā)，沉積速度為1nm/s，蒸發(fā)沉積50-100nm厚的金屬電極層。