[发明专利]一种p-i-n型硒化锑太阳电池

说明书

本发明公开了一种p‑i‑n型硒化锑薄膜太阳电池，该太阳电池从上到下主要的结构依次为：顶电极层、p型硒化锑半导体层、本征半导体i型层、n型硒化锑半导体层以及底电极层。本发明提供的太阳电池的结构可以减少pn界面的晶格失配度，减少因界面缺陷密度高带来的高复合率；同时在同质硒化锑pn结中插入本征半导体i型层，能够使内建场在本征半导体i型层扩展，利于实现光生载流子电荷的分离，增大了光生载流子的收集效率，从而提高了太阳电池的性能，其制备工艺简单，适于工业化生产及应用。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，具体地说是一种p-i-n型硒化锑太阳电池。

背景技术

硒化锑（Sb₂Se₃）是一种二元化合物，物相单一稳定，原料储量大，毒性低，价格便宜，同时禁带宽度合适（1.0eV-1.35eV），吸光系数大（>10⁵cm^-1），是一种理想的光伏材料，其理论光电转换效率可达30%以上。关于硒化锑薄膜太阳电池器件的研究最早开始于2014年，短短两年时间内，转换效率就已达到6%，可见，硒化锑是属于非常有研究意义的光伏材料。

目前文献报道的以硒化锑材料为光吸收层的太阳电池结构主要有敏化太阳电池和平面结构太阳电池两种结构。在平面结构中，硒化锑常作为p型半导体层，与n型的硫化镉（CdS）、二氧化钛（TiO₂）或有机物等构成异质结。但是，由于硒化锑材料的晶格常数为11.7A，常规的n型半导体材料如硫化镉等的晶格常数为4.13Å，晶格失配度高达185%。这样的pn结构造成严重的界面缺陷（晶格失配、pn结质量差），不利于实现光生载流子电荷的分离，使得硒化锑太阳电池光电转化性能低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种p-i-n型硒化锑太阳电池，以解决目前pn结界面结构容易出现严重的界面缺陷导致硒化锑太阳电池性能低下的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种p-i-n型硒化锑太阳电池，该太阳电池从上到下的主要结构依次为顶电极层、p型硒化锑半导体层、本征半导体i型层、n型硒化锑半导体层以及底电极层。

本发明中所述本征半导体i型层是由完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体材料制备而成的材料层；优选单晶硒化锑、氧化锌、非晶硅、非晶碳化硅等中任意一种制备的材料层；其厚度为50-100nm。

所述p型硒化锑半导体层为硒化锑或掺杂了硫元素的硒化锑制备而成的材料层；可以为非晶、单晶或多晶薄膜层或单晶或多晶膜层；当掺杂了硫元素时，所述硒元素和硫元素比为0.1:0.9~0.7:0.3；所述p型硒化锑半导体层的厚度为500nm-100μm。当制备薄膜结构太阳电池，所述p型硒化锑半导体层的厚度优选500-600nm；当制备块体结构太阳电池，所述p型硒化锑半导体层的厚度优选1-100μm。

所述n型硒化锑半导体层为硒化锑或掺杂了Cu、Ag、Bi金属或碲（Te）非金属的硒化锑制备而成的材料层；可以为单晶或多晶膜层或非晶、单晶或多晶薄膜层。所述n型硒化锑半导体层的厚度优选为300nm-100μm；当制备薄膜结构太阳电池，n型硒化锑半导体层的厚度优选为300-400nm；当制备块体结构太阳电池，所述n型硒化锑半导体层的厚度优选为1-100μm。

所述顶电极层是由透明导电氧化物薄膜、透明导电金属薄膜、非氧化物类透明导电化合物薄膜、导电性粒子分散介电体薄膜或导电碳材料薄膜中的任意一种。所述透明导电金属氧化物（TCO）为掺杂有硼、镓或铝的氧化锌（AZO、BZO、GZO）、铟锡氧化物（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）等，所述金属为金、铂、银、铜等，非氧化物类透明导电化合物包括CdS、TiC、TiO₂/TiN等，导电性粒子分散介电体包括SnO₂:Ag、SnO₂:Cu、SnO₂:ZnO等，导电碳材料包括导电碳浆、导电碳纤维、导电碳油墨等。