[发明专利]一种纳米棒型硒化锑太阳电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米棒型硒化锑太阳电池及其制备方法。所述纳米棒型硒化锑太阳电池的结构包括位于钼电极层上沿（001）方向生长的纳米棒型硒化锑层；所述硒化锑层是通过近空间升华设备快速沉积而形成，所用源是硒化锑粉末。本发明首次实现了具有（001）高取向的垂直的纳米棒状的硒化锑，该结构的硒化锑对于电流的传输非常有利，可以有效提高太阳电池的传输电流，从而有效的提高器件的光电转换效率。使用近空间设备升华设备制备的硒化锑纳米棒不需要很高的真空度及很高的温度，其设备简易，制备过程简单，适用于工业化生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光电材料及薄膜太阳能电池技术领域，具体地说是一种纳米棒型硒化锑太阳电池及其制备方法。

背景技术

硒化锑（Sb₂Se₃）是一种二元化合物材料，其禁带宽度大约在1.2eV，吸收系数大概在10⁵cm^-1，是一种非常理想的光伏材料，理论效率可达到30%。关于硒化锑薄膜太阳电池器件的研究最早开始于2014年，短短三年的时间内，转换效率就已达到6.5%，另外其丰富的储量和对环境无污染的特性，预示着硒化锑将会成为一种非常有前景的太阳电池吸收层材料。

现有专利ZL201610505363.X公开了一种高取向性硒化锑薄膜及其制备方法，其采用对金属锑薄膜进行硒化处理得到了良好的沿002方向生长的硒化锑链组成的薄膜。现有专利申请文件CN106898662A中公开了一种p-i-n型硒化锑太阳电池，该太阳电池的结构是顶电极层、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，这种结构的太阳电池，一方面可减少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；另一方面，在同质硒化锑pn结中插入本征半导体i型层，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，提高了太阳电池的性能。

硒化锑的光电和材料性质优良，是新一代非常有潜力的太阳电池材料，采用硒化锑有望制备出低成本、高效率的太阳电池，这具有重要的科学价值和应用前景，因此无论是从硒化锑材料的制备，还是对器件结构的探索、性能优化等方面，都值得人们去研究。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种纳米棒型硒化锑太阳电池，该电池中的硒化锑层为纳米棒型结构，且具有（001）方向较好的取向，可获得更为高效的电流，从而提高电池的效率。

本发明的目的之二就是提供一种上述纳米棒型硒化锑太阳电池的制备方法。

本发明的目的之一是这样实现的：一种纳米棒型硒化锑太阳电池，包括位于钼电极层上沿（001）方向生长的纳米棒型硒化锑层；所述硒化锑层是通过近空间升华设备快速沉积而形成。所述硒化锑层的厚度为400nm-2000nm。

所述钼电极层位于衬底上，衬底可以为玻璃；在所述硒化锑层上依序设置有缓冲层、窗口层和顶电极层。所述缓冲层为硫化镉、氧化镉、硫化锌、硫化铟、氧化锌和二氧化钛中的一种或多种。所述窗口层包括下层的氧化锌高阻层及上层的低阻的氧化铟锡层、掺铝氧化锌层或掺硼氧化锌层。所形成的太阳电池的结构是底衬型结构，具体结构可以为：glass/Mo/Sb₂Se₃纳米棒/CdS/ZnO/AZO/Ag。AZO可替换为ITO或BZO，Ag顶电极层可替换为Au或Al顶电极层。

本发明采用近空间升华设备在钼电极层上通过快速沉积形成了硒化锑纳米棒状结构，首次实现了具有（001）高取向的垂直的纳米棒状的硒化锑，该结构的硒化锑对于电流的传输非常有利，可以有效提高太阳电池的传输电流，从而有效的提高器件的光电转换效率。

本发明的目的之二是这样实现的：一种纳米棒型硒化锑太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

a、清洗衬底；

b、采用磁控溅射方法在所述衬底上沉积钼电极层；所述钼电极层的厚度为700nm-1000nm；