[发明专利]基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池，从下至上依次包括透明导电衬底、电子传输层、吸光层和金属电极，吸光层为Mg掺杂硫化锑薄膜；还公开了制备方法，包括：①清洗氧化物透明导电衬底并烘干；②电子传输层的制备；③吸光层的制备：将含Mg元素的硫化锑前驱体溶液旋涂于电子传输层上，加热生成Mg掺杂硫化锑；重复旋涂与加热反应步骤调节Mg掺杂硫化锑薄膜厚度；在惰性气体环境下退火使Mg掺杂硫化锑薄膜结晶得无机吸光层；④电极的制备。本发明的薄膜太阳能电池吸光性好、电池短路电流高、设备转化效率明显改善，Mg掺杂使薄膜更光滑、均匀、致密，减少载流子的复合；本发明的方法原料和工艺简单、设备要求低。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种以旋涂法制备的Mg-Sb₂S₃作为吸光层的薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

地球上丰富的、无毒的薄膜太阳能电池技术作为环境友好型和可持续的可再生能源正引起人们的广泛关注。随着硅基太阳能电池的功率转换效率(PCE)日益接近实际极限，采用低成本薄膜太阳电池越来越受到人们的关注。Sb₂S₃具有带隙匹配、吸收系数高、单相稳定、合成条件良好等优点，是一种很有前途的薄膜太阳能电池候选材料。Sb₂S₃材料是新兴薄膜太阳能电池的一个典型代表。一种合适的Sb₂S₃制备方法是取得高转换效率的关键。

传统制备Sb₂S₃薄膜的方法为化学浴沉积法（CBD），但是采用此种方法会导致薄膜存在锑的一些氧化物，这些氧化物会导致薄膜中缺陷的产生，使得载流子的复合，从而导致电池效率下降。采用其他一些物理方法制备Sb₂S₃则对实验设备要求高，制备时间较长。和这些方法相比，采用旋涂法制备的Sb₂S₃不仅能耗低，过程简单，且制备的Sb₂S₃薄膜纯度较高。然而目前采用旋涂法制备的Sb₂S₃薄膜太阳能电池的性能仍不太令人满意，这主要是因为采用旋涂法制备的薄膜仍存在些许针孔，导致短路电流的损失，从而致使电池效率的下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种吸光性更好、电池短路电流较高、设备转化效率得到明显改善的基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池，Mg掺杂后会对Sb₂S₃薄膜表面缺陷进行一定的钝化，使得薄膜更加光滑、均匀、致密，减少载流子的复合；还提供一种原料和方法简单、设备要求低且能制备出电池短路电流较高、能有效改善设备转化效率的基于Mg掺杂Sb₂S₃的薄膜太阳能电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池，该太阳能电池结构从下至上依次包括透明导电衬底、电子传输层、吸光层和金属电极，所述吸光层为Mg掺杂Sb₂S₃薄膜。

上述的基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池，优选地，所述Mg掺杂Sb₂S₃薄膜中，所述Mg的掺杂摩尔量为1%～5%。

上述的基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池，优选地，所述透明导电层为ITO、FTO、或AZO中的任一种；所述电子传输层为ZnO薄膜；所述金属电极为Au或Ag。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种基于Mg掺杂硫化锑的薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）清洗氧化物透明导电衬底并烘干；