[发明专利]一种硫化亚锡和掺镁氧化锌薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫化亚锡和掺镁氧化锌薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

硫化亚锡薄膜太阳能电池因其吸收层材料硫化亚锡的光学带隙接近于太阳能电池的最佳禁带宽度1.5eV，且原材料储量丰富，价格低廉，有很好的环境兼容性，正成为新型太阳能电池研究的热点对象。目前典型的硫化亚锡薄膜太阳能电池是以n型氧化锌薄膜作为窗口层，以掺硫氧化锌薄膜作为缓冲层，和p型硫化亚锡薄膜作为吸收层组成。该电池结构简单，制造成本低，但也有缺点与不足。第一，该硫化亚锡薄膜太阳能电池各半导体薄膜层的禁带宽度所覆盖的范围有限，致使其对光的吸收效率不高。第二，掺硫氧化锌作为缓冲层使用数月后填充因子明显下降，性能不稳定。第三，目前硫化亚锡薄膜太阳能电池的转换效率仍处于较低水平，在增加入射光吸收等方面还有待提高。上述缺点制约了传统的硫化亚锡（SnS）薄膜太阳能电池的发展，人们急需寻找一种更好的硫化亚锡（SnS）薄膜太阳能电池以推动太阳能电池的发展。

发明内容

为了改善上述不足或缺陷，本发明改进了硫化亚锡（SnS）薄膜电池器件的制备工艺，从而提供了一种新型的硫化亚锡和掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜太阳能电池的结构及其制备方法。采用掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜作为n型材料，利用其禁带宽度随掺镁含量的变化在3.3~7.8eV之间可调的特点，通过制备不同禁带宽度的掺镁氧化锌薄膜叠层，以拓宽太阳能电池对光谱的响应范围。同时，掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜与硫化亚锡（SnS）薄膜晶格失配小，无需额外过渡层，简化了电池结构，降低了生产成本。再通过对薄膜太阳能电池的结构设计，增加多孔氧化铝薄膜（PAA）作为抗散射层，增加了光的吸收，提高了太阳能电池的抗光散射能力和全光谱吸收率，实现了提高太阳能电池光电转换效率的目的。

为了达到上述目的，本发明技术方案是这样实现的：

一种硫化亚锡和掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜太阳能电池，其结构从上到下依次为：金属电极、多孔氧化铝薄膜（PAA）、p型硫化亚锡薄膜、n型掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜叠层、透明导电衬底。该结构的优点是：充分利用掺镁氧化锌薄膜的禁带宽度随掺镁含量的变化在3.3~7.8eV之间可调的特点，通过制备禁带宽度不同的掺镁氧化锌薄膜叠层，拓宽了太阳能电池对光谱的响应范围。同时，掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜与硫化亚锡（SnS）薄膜晶格失配小，无需额外过渡层，简化了电池结构，降低了生产成本。再通过对薄膜太阳能电池的结构设计，增加多孔氧化铝薄膜（PAA）作为抗散射层，增加了光的吸收，提高了太阳能电池的抗光散射能力和全光谱吸收率，最终实现提高太阳能电池光电转换效率的目的。

本发明技术方案所提供的一种硫化亚锡和掺镁氧化锌薄膜太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

取一块干净的透明导电衬底，利用磁控溅射法或者超声喷雾法在透明导电衬底上依次沉积掺镁浓度不同的n型掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜叠层，使所述n型掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜叠层的禁带宽度从下至上依次递减，然后利用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在n型掺镁氧化锌（Zn_1-xMg_xO）薄膜叠层上沉积p型硫化亚锡（SnS）薄膜，再在p型硫化亚锡（SnS）薄膜上蒸镀一层铝膜，并利用电化学阳极氧化法将铝膜氧化制成多孔氧化铝薄膜（PAA），最后利用丝网印刷法或激光刻槽埋珊从p型硫化亚锡薄膜和透明导电衬底上分别引出金属电极，即制得本发明所述的薄膜太阳能电池。

附图说明

附图1是本发明提供的一种硫化亚锡和掺镁氧化锌薄膜太阳能电池的层结构示意图。

附图1标号说明：

1—金属电极；

2—多孔氧化铝薄膜；

3—p型硫化亚锡薄膜；

4—n型掺镁氧化锌薄膜叠层；

5—透明导电衬底。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明内容不仅限于实施例中涉及的内容。