[发明专利]一种太阳能电池吸收层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光电吸收层材料、半导体材料领域，特别是指一种太阳能电池吸收层材料及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源消耗日益增加，不可再生能源如石油、煤炭等的储量日趋枯竭使得全球面临着日益严重的能源短缺问题，所以对新能源尤其是绿色替代能源的开发已经成为当前人类迫切需要解决的问题。太阳能是一种无污染的可再生能源，储量巨大，分布广泛，可持续使用，因此太阳能无疑是人类未来能源的首选。

太阳能电池是指利用光电效应使太阳的辐射光子能量通过半导体物质光电转化材料转变为电能的装置。太阳能电池的种类很多，按照所需材料分为：晶体硅太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池和染料敏化TiO₂纳米薄膜太阳能电池。从成本、效率等综合考虑各种实用化太阳能电池产品，有希望发展成与单晶硅、多晶硅太阳能电池一样能够大规模应用的当属没有光电效率衰退效应、转换率较高、稳定性好、工艺简单的铜铟硒(CuInSe₂，CIS)系太阳能电池。但是，目前CuInSe₂的禁带宽度仅为1.01eV，且材料中含有大量的稀散金属In。针对上述问题，研究开发掺杂或取代In的新材料是太阳能电池材料研究的方向。目前CuInSe₂掺杂取代主要有Cu(In_1-xGa_x)Se₂(Martin A G,Keith E,Yoshihiro H,et al.Solar cell efficiency tables(version 41).Prog.Photovoltaics:Research and Applications.21(1):1-11,2013)、Cu(In_1-xAl_x)Se₂(Dhananjay,Nagaraju J,Krupanidhi S B.Structural and optical properties of Cu(In_1-xAl_x)Se₂thin films prepared by four-source elemental evaporation.Solid State Commun.127(3):243-246,2003)、Cu(In_1-xB_x)Se₂(Chen LJ,Liao J D,Chuang Y J.Self-assembled chalcopyrite ternary semiconductor CuBSe₂nanocrystals:solvothermal synthesis and characterization.CrystEngComm,13:2909-2914,2011)、Cu(In_1-xCe_x)Se₂(Li Fu,Yongquan Guo,Shu Zheng，Synthesis,crystal structure and optical properties of Ce doped CuInSe₂powders prepared by mechanically alloying，591：304–307，2014)，其中CIGS的转换效率最高可达20.4％，然而In和Ga都属于稀散金属，使用量大，储量少，因此Cu(In_xGa_1-x)Se₂太阳能电池的广泛使用受到较大的限制。

本发明针对上述吸收层材料的缺点，提出采用稀土元素钇(Y)掺杂/取代In制备Cu(In_xY_1-x)Se_y吸收层材料。此材料减少了稀散金属In和Ga的使用量，降低了生产成本。同时Cu(In_xY_1-x)Se_y吸收层材料的禁带宽度与太阳能最佳吸收光谱匹配度高，提高了其太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池吸收层材料及其制备方法。