[發明專利]一種改善硒化銻界面和能帶結構的方法及硒化銻太陽能電池

有效

• 申請號: 202110042108.7
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112909122B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李志強;劉濤;梁曉楊
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0236;H01L31/0296
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

本發明涉及一種改善硒化銻界面和能帶結構的方法及硒化銻太陽能電池。改善硒化銻界面和能帶結構的方法是通過水熱法利用高壓反應釜在硒化銻薄膜上沉積一層硫化銦；再利用化學水浴法，在硫化銦層之上沉積一層硫化鎘，以形成帶有硫化銦/硫化鎘（In₂S₃/CdS）雙緩沖層的硒化銻太陽能電池，利用硫化銦/硫化鎘雙緩沖層來改善硒化銻的異質結界面和形成更好的能帶排列，使得硒化銻太陽能電池的缺陷更少，復合更少。本發明在薄膜沉積過程中，通過調控反應時間及其退火溫度來制得更好的雙緩沖層薄膜，與硒化銻更好的匹配形成最佳異質結。該工藝方法工藝簡單，成本低廉，操作可控，厚度易控，適合進一步的推廣與應用。

技術領域

本發明涉及一種半導體薄膜的制備技術，具體地說涉及一種改善硒化銻界面和能帶結構的方法及硒化銻太陽能電池。

背景技術

硒化銻（Sb₂Se₃）由于具有合適的帶隙（1.1-1.3eV）、高吸收系數（10⁵cm^-1）、成本低及無毒等優點，被認為是一種很有前途的硫代化合物光伏器件吸收材料。硒化銻的一維晶體結構和各向異性光電子性質特征備受關注。

已知沿[001]方向的硒化銻（Sb₂Se₃）納米棒陣列由于其強烈各向異性的一維晶體結構而迅速轉移了光生載流子。它被認為是一種用于高效、低成本光伏設備的新型無毒吸收劑，具有競爭力。但是，元素在結界面處的相互擴散會限制其效率。通過改變工藝和結構，效率得到了極大的提高。目前，在硒化銻太陽能電池的結構中，普通的電子傳輸層包括緩沖層，例如SnO₂，TiO₂和CdS。然而，一些研究表明，具有緩沖單元的細胞比沒有緩沖單元的緩沖單元具有更高的轉化效率。具有高毒性的一些小組降低了CdS的厚度，并在CdS緩沖液的基礎上引入了ZnO，TiO₂和SnO₂等緩沖層。兩者都減少了CdS的含量，并提高了設備的性能。但是，由于硒化銻電池的開路電壓存在缺陷，因此開路電壓小于400mv，開路電壓定義為Eg /q（其中Eg是帶隙，q是電子電荷）。遠遠低于理論打開壓力值。對于單一的CdS緩沖溶液，需要較高的pH值（pH 10）來引發CdS沉淀并在吸收過程中形成均相成核[12]。然而，已經表明，Sb₂Se₃溶于堿性溶液，因此吸收體的表面被腐蝕，并引入了高密度的界面缺陷。而缺陷和復合是限制硒化銻器件開路電壓的關鍵因素之一。

發明內容

本發明的目的之一就是提供一種改善硒化銻界面和能帶結構的方法，以解決現有硒化銻太陽能電池能帶不匹配、復合嚴重和缺陷較多等問題。

本發明的目的之二就是提供一種硒化銻太陽能電池，以減少太陽能電池的缺陷和復合，提高太陽能電池的開壓和效率。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種改善硒化銻界面和能帶結構的方法，通過水熱法利用高壓反應釜在硒化銻薄膜上沉積一層硫化銦；再利用化學水浴法，在硫化銦層之上沉積一層硫化鎘，以形成帶有硫化銦/硫化鎘（In₂S₃/CdS）雙緩沖層的硒化銻太陽能電池，利用硫化銦/硫化鎘雙緩沖層來改善硒化銻的異質結界面和形成更好的能帶排列，使得硒化銻太陽能電池的缺陷更少，復合更少。

所述硒化銻薄膜為沉積鉬背電極的硒化銻。

沉積硫化銦層的水熱反應是，將0.45g的的硫代乙酰胺和0.438g的氯化銦以及1.26g檸檬酸配合成溶液，放入高壓反應釜中，在80℃溫度下沉積90~120min。

沉積硫化鎘層的化學水浴反應是，向585 ml去離子水中加入15 mM硫酸鎘（CdSO₄）、37 mM硫脲和58.9 ml濃度為28％的氨水，配合成溶液，放入水浴鍋中，在70℃溫度下沉積7min。