一种硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

本发明属于新能源，具体涉及一种硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、硫化锑(sb2s3)具有消光系数高、晶体结构简单、稳定性高、组成元素含量丰富、毒性低等优势，是一种极具潜力的新型光伏材料。目前高效率的sb2s3太阳电池通常采用n-i-p型平面异质结结构，例如结构为fto/cds/sb2s3/spiro-ometad/au的太阳能电池。平面异质结电池中的硫化镉(cds)薄膜一般采用化学浴法制备，再进行cdcl2表面处理，即在cds薄膜表面旋涂cdcl2的甲醇溶液，随后置于空气环境中退火，cdcl2表面处理有利于提高cds薄膜晶粒尺寸，增大透过率，同时空气环境退火过程引入的氧和痕量的氯对cds薄膜有钝化作用。sb2s3薄膜一般采用水热法或化学浴法沉积，再置于惰性气体环境退火结晶，该过程得到的sb2s3薄膜一般是贫硫的，因此存在大量不利于器件效率的硫空位缺陷。目前sb2s3平面异质结太阳能电池的最高效率为8％，效率偏低的主要原因在于开路电压和填充因子较低，目前sb2s3平面异质结太阳能电池的开路电压普遍低于0.8v。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法和应用，以硫化镉(cds)为电子传输材料，首先采用化学浴法沉积薄膜，再将薄膜在空气环境中退火，省去了氯化镉溶液表面处理过程，简化了制备流程，同时改善了电子传输性能。水热法制备的sb2s3非晶态薄膜在氩气/硫化氢混合气氛下退火结晶，从而有效抑制了sb2s3薄膜的硫空位有害缺陷，提高了sb2s3薄膜质量。该方法制备的sb2s3薄膜太阳能电池获得了超过0.8v的开路电压和超过6％的光电转换效率，对于高效化合物薄膜太阳能电池的开发具有重要的实用价值和经济价值。

2、本发明采用如下技术方案：一种硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)、超声清洗fto导电玻璃；

4、(2)、配制硝酸镉、硫脲和氨水的混合溶液，其中硝酸镉浓度为0.0012～0.0018mol/l，硫脲浓度为0.06～0.09mol/l，氨的浓度为1.36～2.04mol/l；

5、(3)、将步骤(1)清洗过的fto导电玻璃放入步骤(2)配制的混合溶液中，水浴加热至55～75℃，反应10～20min，取出fto导电玻璃清洗并晾干，然后置于空气中，350～450℃温度下退火5～15min，在fto导电玻璃表面形成一层硫化镉薄膜；

6、(4)、配制浓度为0.016～0.024mol/l的酒石酸锑钾和浓度为0.064～0.096mol/l的硫代硫酸钠混合水溶液，倒入反应釜中；

7、(5)、将步骤(3)处理过的fto导电玻璃放入反应釜中，密封反应釜并放置于烘箱中120～150℃反应150～240min，取出导电玻璃清洗并晾干后置于管式炉中，在流动的氩气/硫化氢混合气氛中330～370℃退火5～15min，在硫化镉薄膜表面沉积一层结晶的硫化锑薄膜；

8、(6)、配制浓度为6～12mg/ml的p3ht的氯苯溶液，旋涂在步骤(5)制备的硫化锑薄膜表面，再置于空气环境中100℃加热5～15min；

9、(7)、在步骤(6)旋涂的p3ht薄膜表面刮涂碳浆料，加热烘干，组装成硫化锑薄膜太阳能电池。

10、进一步的，所述步骤(5)中氩气/硫化氢混合气气体流量为0.25～1.5l/min。

11、进一步的，所述步骤(6)中p3ht的数均分子量为20000～35000；p3ht的旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为30s。

12、本发明还提供了所述的硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法中制得的硫化锑薄膜太阳能电池，以fto导电玻璃为基底，以硫化镉(cds)薄膜为电子传输层，以硫化锑(sb2s3)薄膜为光吸收层，以聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(p3ht)为空穴传输层，以碳为电极，组装成sb2s3薄膜太阳能电池，其中cds薄膜采用化学浴法沉积，再置于空气环境中退火使其部分氧化；sb2s3薄膜制备过程包括水热法沉积非晶态sb2s3薄膜和非晶态sb2s3薄膜退火结晶两步，退火结晶在硫化氢(h2s)气氛中进行以减少sb2s3薄膜的硫空位缺陷。该硫化锑薄膜太阳能电池可实现超过0.8v的开路电压和超过6％的光电转换效率。

13、与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：

14、1、本发明中的硫化锑薄膜太阳能电池以硫化镉为电子传输材料，首先采用化学浴法沉积硫化镉薄膜，再将硫化镉薄膜在空气环境中退火，省去了氯化镉溶液表面处理过程，简化了制备流程；

15、2、本发明中的硫化锑薄膜以水热法沉积，沉积得到的非晶态薄膜再置于管式炉退火结晶，退火过程中通入氩气/硫化氢混合气，硫化氢有助于减少硫化锑薄膜的硫空位缺陷，提高薄膜质量；

16、3、以碳为电极材料，相对于传统的金、银、铜等金属电极，碳电极的成本更低。碳电极可以通过刮涂或者丝网印刷碳浆料来制备获得，制备过程对设备要求很低。

17、4、本发明的方法制备的硫化锑薄膜太阳能电池可获得超过0.8v的开路电压和超过6％的光电转换效率。

技术特征：

1.一种硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)中氩气/硫化氢混合气气体流量为0.25～1.5l/min。

3.根据权利要求1或2所述的硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(6)中p3ht的旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为30s。

4.权利要求1～3中任一项所述的硫化锑薄膜太阳能电池的制备方法中制得的硫化锑薄膜太阳能电池。

技术总结本发明公开一种硫化锑薄膜太阳能电池及其制备方法，以FTO导电玻璃为基底，以硫化镉(CdS)薄膜为电子传输层，以硫化锑(Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;)薄膜为光吸收层，以聚(3‑己基噻吩‑2,5‑二基)(P3HT)为空穴传输层，以碳为电极，组装成Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜太阳能电池，其中CdS薄膜采用化学浴法沉积，再置于空气环境中退火使部分氧化；Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜制备过程包括水热法沉积非晶态Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜和非晶态Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜退火结晶两步，退火结晶在硫化氢(H<subgt;2</subgt;S)气氛中进行以抑制Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜的有害缺陷。本发明的制备方法获得了开路电压超过0.8V，光电转换效率超过6％的Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;薄膜太阳能电池，对于高效化合物薄膜太阳能电池的开发具有重要的实用价值和经济价值。技术研发人员：徐亚峰,姚健,刘祥,张胜彪,毛月圆受保护的技术使用者：安徽科技学院技术研发日：技术公布日：2024/7/18