[发明专利]一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，具体涉及一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，能源需求量剧增，不可再生能源的枯竭及化石燃料燃烧引起的环境污染问题变得更加突出，太阳能电池作为一种清洁无污染的新能源受到很多的关注。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳能直接转化为电能的器件。多元化合物薄膜太阳能电池因其材料用量少、制备耗能低、弱光和高温性能好、质量较轻、可制作柔性电池、应用范围较广等优点受到更多的重视。现有铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池和碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池已基本实现产业化，但铜铟镓硒薄膜太阳能电池中铟与镓价格昂贵，不利于低成本发电，同时其原始专利基本被美国、德国和日本的公司掌握，见Jackson P，et al.“New world record efficiency for Cu(In，Ga)Se₂thin-film solar cells beyond20％”(Progress In Photovoltaics：Research and Applications2011；19：894-897)；并见美国专利US20130037106A1：Precursors and uses for cis and cigs photovoltaics。碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池中，镉有剧毒，大范围应用有很大的环境风险；同时碲化镉太阳能电池其生产制造技术基本由美国的first solar公司垄断，见Wu X，et al.“16.5％-efficient CdS/CdTe polycrystalline thin film solar cell”(Conference Proceedings，17th European Photovoltaic Solar Energy Conference，Munich，22-26October2001；995-1000)；并见美国专利US20130074912A1：Band structure engineering for improved efficiency of cdte based photovoltaics。最近的研究热点铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池为五元体系，热力学稳定区间小，薄膜组分和晶格缺陷的控制过于复杂，导致材料中杂质和缺陷过多，效率的进一步提升困难，同时铜锌锡硫硒太阳能电池的原始专利也被日本和美国公司掌握，见Teodor K.Todorov，et al.“Beyond11％Efficiency：Characteristics of State-of-the-Art Cu2ZnSn(S，Se)4Solar Cells”(Adv.Energy Mater.2012)；并见美国专利US20130074911A1：Photovoltaic Device Including a CZTS Absorber Layer and Method of Manufacturing the Same。

发明内容

本发明提供一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法，解决现有化合物薄膜太阳能电池(CIGS、CdTe、CZTSSe)中所需材料蕴含的元素在地壳中含量较少、价格昂贵、对人体有毒或生产工艺复杂的问题。

本发明所提供的一种锑基化合物薄膜太阳能电池，包括衬底及在其上依次沉积的背电极层、P型吸收层、N型缓冲层、氧化物薄膜窗口层和金属栅电极，其特征在于：

所述P型吸收层为Cu_XSb_yβ_Z材料，其中β为S或Se，X＝0～3，Y＝1～2，Z＝2～4。

所述的锑基化合物薄膜太阳能电池，所述衬底可以为玻璃、Al、Cu、不锈钢或聚酰亚胺材料；所述背电极层可以为Mo、Cu、Au、Ni、Ag、Al、SnO₂:F或In₂O₃:Sn材料；所述N型缓冲层可以为CdS、Zn(S，O)、In₂S₃、In₂(S，O，OH)₃、TiO₂或ZnO材料；所述氧化物薄膜窗口层可以为In₂O₃:Sn、ZnO:Al、ZnO:B或SnO₂:F材料；所述金属栅电极可以为Mo、Cu、Au、Ni、Ag或Al材料或者它们的二元组合，所述二元组合为在一种金属层上再沉积另一种金属层。