[发明专利]一种CdS薄膜的制备方法及其Sb2

说明书

本发明涉及光伏电池领域，特指一种CdS薄膜的制备方法及其Sb₂(S,Se)₃太阳能电池和电池制备方法。CdS薄膜制备方法包括：先热蒸发法制得预制薄层CdS基片(CdS_(Eva))，再在此基础上通过水浴法制得CdS薄膜(CdS_(CBD))。先热蒸发法能够将高纯度的CdS粉料均匀地附着在导电基底之上，为后续的化学水浴法制备CdS提供微小晶核的附着点并促进稳定结晶。基于该薄膜获得的Sb₂(S,Se)₃太阳能电池，结构为Glass/FTO/CdS_(Eva)/CdS_(CBD)/Sb₂(S,Se)₃/Spiro/Au，PN结电子‑空穴对的传输能力更强，光电转换性能更优。

技术领域

本发明涉及光伏电池领域，特指一种CdS薄膜的制备方法及其Sb₂(S,Se)₃太阳能电池和电池制备方法。

背景技术

随着人类发展对于能源需求的持续增加，创新并高效利用太阳能已经成为一个永恒的话题。太阳能电池是一种较为高效和直接的太阳能利用方法。

在太阳能电池中，光活性材料对器件的光电转换效率起决定性作用。硒硫化锑(Sb₂(S,Se)₃)是一种新型的、优异的光活性材料。Sb₂(S,Se)₃凭借自身的高吸收系数(10⁵cm^-1)、特定的一维(1D)生长方向、可调的带隙(介于1.1至 1.7eV之间)和优异的地质丰度，逐渐成为一种被广泛研究的光伏材料。根据现有文献以及报道，Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的光电转换效率在逐渐提高，这种现象愈发使研究者们相信Sb₂(S,Se)₃这种光伏材料的前景。Sb₂(S,Se)₃太阳能电池多以 CdS、SnO₂、TiO₂等作为缓冲层来提取PN结中光伏效应产生的电子，进而增强电子-空穴对的分离，更大程度地提高光伏组件的电流和光电转换效率等。

CdS的禁带宽度约为2.4eV，为直接带隙半导体，在可见光波段的透过率较高，有利于光活性层捕获更多的光子，从而提高光电转换效率。同时，CdS作为Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的缓冲层材料时，具有非常合适的能级匹配度，有利于增强PN结的整流特性。所以CdS被认为是一种非常适合作为Sb₂(S,Se)₃缓冲层的材料。

目前，CdS的制备方法主要有如下几种：化学水浴法、热蒸发法、水热合成法、磁控溅射法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法等。目前为止，报道的具有最高光电转换效率的Sb₂(S,Se)₃太阳能电池采用化学水浴法制备的CdS作为缓冲层。然而，该方法受水浴温度、PH值、反应时间、升温时间以及操作者手法等的影响，且各参数在实验过程中不易控制，这会导致在相同条件同一批次或不同批次沉积在相同基底上的CdS薄膜没有相似的结晶性或表面形态，这无疑会降低薄膜制备的可重复性。致密的CdS薄膜有利于载流子(电子)的传输，较大的晶粒尺寸可以在一定程度上减少晶界，从而减少缺陷能级，降低漏电流，进而增强器件的光电转换性能。所以CdS薄膜的结晶特性变得非常重要。本发明将热蒸发法和化学水浴法同时应用到CdS薄膜的制备中：先采用热蒸发法预制薄层CdS，再通过化学水浴法在预制薄层CdS层上制备完整的CdS薄膜。热蒸发法可以优先在衬底上以岛状生长模式形成CdS晶核并生长，这可以弥补化学水浴法中由于反应环境不稳定导致CdS成核难以控制、晶粒不均匀生长的缺陷，优化CdS薄膜层的结晶质量和均匀性。

但是，由于该专利中各层CdS薄膜是在不同的压力和温度条件下得到的，这会导致各层薄膜质量之间的差异，各层薄膜在相互嵌合改善致密性的同时，不能保证最终得到性能稳定的薄膜。