[发明专利]一种全锑基薄膜太阳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种全锑基薄膜太阳电池，它包括：前电极、顶电池、背电极，其特征是，所述前电极为透明导电玻璃层，所述顶电池由自上至下依次层叠设置的Sb₂O₃薄膜作为第一电子传输层、Sb₂S₃薄膜作为第一吸光层、CuSbS₂薄膜作为第一空穴传输层组成；还包括在所述顶电池与背电极之间自上至下依次层叠设置中间电池、底电池，所述中间电池由自上至下依次层叠设置的Sb₂O₃薄膜作为第二电子传输层、Sb₂(S,Se)₃薄膜作为第二吸光层、CuSbS₂薄膜作为第二空穴传输层组成；所述底电池由自上至下层叠设置的Sb₂O₃薄膜作为第三电子传输层、Sb₂Se₃薄膜作为第三吸光层、CuSbS₂薄膜作为第三空穴传输层；所述的背电极为金属电极层。

2.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，所述透明导电玻璃层是掺硼、铝和镓的氧化锌薄膜、掺氟二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，其特征在于：所述金属电极层为金、银、铜或铝薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种全锑基薄膜太阳电池，其特征是，它的制备方法包括以下步骤：

1)透明导电玻璃层的制备：将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后待用；

2)第一电子传输层Sb₂O₃薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01MM的Sb(Ac)₃溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在步骤1)的FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

3)第一吸光层Sb₂S₃薄膜的制备：称取2g半水合酒石酸锑钾溶于200ml超纯水中，向其中加入0.9g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；然后将衬底放入水热反应釜中，倒入前驱体溶液，在135℃的条件下反应1.5-2h；水热过程结束后，依次用超纯水和无水乙醇冲洗；最后在100℃加热板上热处理2min，冷却后在Ar气气气氛下于350℃进行5min退火，制得250-350nm厚的Sb₂S₃薄膜；

4)第一空穴传输层CuSbS₂薄膜的制备：将CuCl₂·2H₂O、纯度为99％的(CH₃COO)₃Sb、纯度为99％的H₂NCSNH₂，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS₂薄膜，其厚度为50-100nm；

5)第二电子传输层Sb₂O₃薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)₃溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

6)第二吸光层Sb₂(S,Se)₃薄膜的制备：取10mmol硒粉加入10mmol的Sb₂O₃、5mLDMF、3mLCS₂搅拌后加入5mL正丁胺溶液，完成Sb-Se-S前驱体溶液的配制，用移液枪吸取50-100μL已过滤的前驱体溶液滴加在衬底上，转速为9000r/min，持续时间为30-45s，之后将前驱膜放在200℃加热板上预退火1min，接着将加热板升到220℃加热2min，最后将薄膜放到320℃加热板加热5min，得到600-900nm的Sb₂(S,Se)₃薄膜；

7)第二空穴传输层CuSbS₂薄膜的制备：将CuCl₂·2H₂O、纯度为99％的(CH₃COO)₃Sb、纯度为99％的H₂NCSNH₂，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS₂薄膜，其厚度为50-100nm；

8)第三电子传输层Sb₂O₃薄膜的制备：将0.3-0.6g(CH₃COO)₃Sb溶解在适量乙二醇无水乙醇1：1混合溶液中，配制成0.005-0.01M的Sb(Ac)₃溶液，通过旋涂的方法，控制转速为1500r.p.m，时间为30s，重复3-5次，旋涂在FTO导电玻璃层表面，然后放入150℃烘箱10min进行氧化，并在300℃的Ar气气氛下进行退火，制得50-100nm厚的Sb₂O₃薄膜；

9)第三吸光层Sb₂Se₃薄膜的制备；称取0.6gSb₂Se₃粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，衬底温度设置为300℃，将蒸发源的温度升至350℃保持20min，然后提高蒸发源温度至465℃，加热时间控制在55-75s，使用近空间升华法，制得厚度为1500-2000nm的Sb₂Se₃薄膜；

10)第三空穴传输层CuSbS₂薄膜的制备：将CuCl₂·2H₂O、纯度为99％的(CH₃COO)₃Sb、纯度为99％的H₂NCSNH₂，三者比例为1:2.5-4.5:6配制前驱体溶液，通过喷涂的方法，控制喷嘴到加热台的距离为27cm，加热台的温度为125℃，进液速率为1mL/min，喷涂20min，之后在Ar气气氛下进行退火，退火温度为270℃，形成均匀平整的CuSbS₂薄膜，其厚度为50-100nm；

11)金属电极电极制备；将样品放入蒸发设备中，采用金蒸发源，抽真空至10^-4Pa时开始蒸发，沉积速度为1nm/s，蒸发沉积50-100nm厚的金属电极层。