[发明专利]基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料与器件领域，具体涉及一种基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池。

背景技术

随着新材料的不断开发和薄膜太阳能电池的飞快发展，2002年，澳大利亚的马丁·格林教授提出了未来成为理想太阳能电池的材料应该具有的特点：直接带隙在1.1-1.7 eV之间，与太阳光光谱匹配；材料无毒性，符合环保要求；构成材料的元素含量丰富，价格便宜；薄膜制备技术易控并可以实现大面积制造；良好的光电转化效率和高的稳定性。

然而目前，见诸报道有机/无机杂化太阳能电池中的无机材料大多具有毒性，而且地壳含量也很有限，即使可以获得高的光电转换效率，但原料的来源及制备过程中有毒物质的排放对环境的污染，仍然是限制其广泛应用的最大瓶颈，所以一些具有光伏性能、相对无毒、环保的无机化合物材料引起了研究者们的兴趣。

VA-ⅥA族金属硫化物(A2B3，A=Bi，Sb和B=S，Se)作为重要的半导体材料进入了人们的视野。其中，硫化锑(Sb₂S₃)因其优越的光电性能成为新型太阳能电池活性层材料。Sb₂S₃是一种以(Sb4S6)n八面体连接在一起的具有层状结构的二元化合物半导体，具有良好的光学性能，在可见光区的光学吸收系数大于5×10⁴ cm^-1，同时，由于量子限制效应，其禁带宽度在1.7-2.2ev之间可调，材料本身的低毒性和含量丰富也是其作电池活性层的一种优势。

但是传统化学浴沉积方法（CBD）制备的Sb₂S₃薄膜因为有水的引入，导致薄膜存在一些锑的氧化物，这些氧化物会导致薄膜中缺陷的产生，引起载流子的复合，降低电池效率。而真空沉积法制备Sb₂S₃薄膜对实验设备要求高，制备时间长。

发明内容

本发明的目的在于针对上述Sb₂S₃薄膜太阳能电池的现状，本发明提供了一种基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池。采用旋涂法制备Sb₂S₃致密薄膜，制备过程没有水的引入，大大减少了锑的氧化物的存在。在此基础上，以Sb₂S₃薄膜做光吸收层制备平面结构的有机无机杂化太阳能电池。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池，包括氧化物透明导电衬底、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和金属电极，所述光吸收层是以旋涂法制备的Sb₂S₃致密薄膜，光吸收层的厚度是360纳米至1微米。

所述氧化物透明导电衬底为FTO、ITO或AZO导电玻璃。

所述电子传输层为平整的TiO₂薄膜。

所述空穴传输层为P3HT薄膜。

所述金属电极为Al或Ag。

如上所述的基于三硫化二锑的平面结构杂化太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）清洗氧化物透明导电衬底并烘干；

（2）电子传输层的制备：用溶胶凝胶方法在透明导电衬底上漩涂TiO₂溶液；然后TiO₂透明薄膜在马弗炉中高温煅烧，煅烧温度为550℃，煅烧时间为60min；

（3）光吸收层的制备：在Ar气环境下，将配好的Sb₂S₃前驱体溶液漩涂在电子传输层上，然后在热台上加热使溶液发生反应生成Sb₂S₃；重复漩涂与加热反应步骤以调节生成的Sb₂S₃薄膜厚度；再升高温度进行退火处理，使Sb₂S₃薄膜结晶；

（4）空穴传输层的制备：在光吸收层表面漩涂P3HT；

（5）电极的制备：在空穴传输层表面蒸镀金属电极。

步骤（3）中用旋涂方法制备Sb₂S₃薄膜的工艺参数为：

Sb₂S₃前驱体溶液：配制SbCl₃和硫脲作为前驱体溶液， Sb与S的摩尔比为1:1.5~2.5；