蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池

技术领域

本发明涉及一种光电薄膜及薄膜太阳电池。特别是涉及一种蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池。

背景技术

近年来，薄膜太阳电池由于其制备工艺简单，柔性可弯曲等优势而呈现蓬勃发展的趋势，尤其化合物半导体薄膜电池是光伏技术研究的中心的热点。目前主流的化合物半导体薄膜电池主要有铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池，但是由于这两种电池中含有资源稀缺的元素铟(In)和剧毒元素镉(Cd)，并且制备工艺复杂，所以大范围的应用受到了限制。

而锑基材料(Sb

目前锑基薄膜的制备方法有很多，大致可以分为真空法和非真空法。其中通过蒸发制备的锑基薄膜表面起伏度高，致密性差。这些问题往往会直接影响到锑基薄膜太阳电池的能量转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种起到了钝化晶粒缺陷以及优化界面特性作用的蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池。

本发明所采用的技术方案是：一种蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法，是采用蒸发水热两步法制备锑基电子传输吸光薄膜，所述的锑基电子传输吸光薄膜是Sb

1)所述Sb

(1.1)称取0.2～4g的Sb

(1.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(1.3)将具有Sb

(1.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

2)所述Sb

(2.1)称取0.2～4g的Sb

(2.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硒代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(2.3)将具有Sb

(2.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

3)所述Sb

(3.1)称取0.2～4g的Sb

(3.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硒代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(3.3)将Sb

(3.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

所述的衬底是具备有电子传输层的透明导电薄膜。

所述的透明导电薄膜是掺硼的氧化锌薄膜、掺氟的二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜中的一种。

所述的电子传输层是硫化镉薄膜、氧化锌薄膜和二氧化钛薄膜中的一种，厚度为50～200nm。

通过蒸发法制备得到的Sb

一种采用锑基薄膜材料制备的锑基薄膜太阳电池，包括有依次叠放的锑基电子传输吸光薄膜、空穴传输层和金属电极层。

所述的锑基电子传输吸光薄膜是Sb

所述的空穴传输层是NiO薄膜、P3HT薄膜和Spiro-OMeTAD中的一种，厚度为50～200nm。

所述的金属电极层是金、银、铜或铝薄膜中的一种，厚度为50～100nm。

本发明的蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池，先用快速热蒸发法生长锑基薄膜，之后采用水热法完成后续薄膜的生长。通过水热法继续生长的锑基薄膜表面平整致密，可以起到钝化锑基薄膜表面缺陷和优化界面特性的效果。本发明有益效果如下：

1、本发明在快速热蒸发法的基础上又采用水热法制备得到了锑基薄膜，这一方法有效的解决了因快速热蒸发法所造成的薄膜表面起伏度高，不平整的问题；

2、本发明因后续采用水热法生长锑基薄膜，起到了钝化晶粒缺陷以及优化界面特性的作用。

附图说明

图1是蒸发水热两步法生长的Sb

图2是蒸发水热两步法生长的Sb

图3是蒸发水热两步法生长的Sb

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池做出详细说明。

本发明的蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法，是采用蒸发水热两步法制备锑基电子传输吸光薄膜，所述的锑基电子传输吸光薄膜是Sb

1)所述Sb

(1.1)称取0.2～4g的Sb

(1.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硫代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(1.3)将具有Sb

(1.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

2)所述Sb

(2.1)称取0.2～4g的Sb

(2.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硒代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(2.3)将具有Sb

(2.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

3)所述Sb

(3.1)称取0.2～4g的Sb

(3.2)称取0.2～0.6g半水合酒石酸锑钾溶于20～60ml超纯水中，加入0.1～0.5g硒代乙酰胺，充分搅拌完成前驱体溶液的配制；

(3.3)将具有Sb

(3.4)在100℃加热板上热处理2～10min，冷却后在Ar气气氛300～400℃下退火5～15min，制备得到蒸发水热两步法生长的Sb

上面分别通过蒸发法制备得到的Sb

上面所述的衬底是制备有电子传输层的透明导电薄膜。所述的透明导电薄膜是掺硼的氧化锌薄膜、掺氟二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜中的一种；所述的电子传输层是硫化镉(CdS)薄膜、氧化锌(ZnO)薄膜和二氧化钛(TiO

本发明的采用蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法得到的锑基薄膜材料制备的锑基薄膜太阳电池，包括有依次叠放的锑基电子传输吸光薄膜、空穴传输层和金属电极层。其中，

所述的锑基电子传输吸光薄膜是Sb

下面给出具体实例。

实施例1：如图1所示，一种蒸发水热两步法生长的Sb

(1)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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的FTO透明导电薄膜；

(2)CdS电子传输层制备：采用硝酸镉溶液、氨水溶液，硫脲溶液以及超纯水，配制成前驱体溶液。置于65℃的水浴锅内反应15min，完成薄膜沉积。最后空气中在400℃的加热板上退火10min，得到CdS薄膜衬底；

(3)在CdS薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在蒸发水热两步法生长的Sb

(6)将制备好的Spiro-OMeTAD薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例2：一种蒸发水热两步法生长的Sb

(1)将ITO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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的ITO透明导电薄膜；

(2)CdS电子传输层制备：采用硝酸镉溶液、氨水溶液，硫脲溶液以及超纯水，配制成前驱体溶液。置于65℃的水浴锅内反应15min，完成薄膜沉积。最后空气中在400℃的加热板上退火10min，得到CdS薄膜衬底；

(3)在CdS薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在蒸发水热两步法生长的Sb

(6)将制备好的P3HT薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例3：一种蒸发水热两步法生长的Sb

(1)将BZO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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的BZO透明导电薄膜；

(2)CdS电子传输层制备：采用硝酸镉溶液、氨水溶液，硫脲溶液以及超纯水，配制成前驱体溶液。置于65℃的水浴锅内反应15min，完成薄膜沉积。最后空气中在400℃的加热板上退火10min，得到CdS薄膜衬底；

(3)在CdS薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在蒸发水热两步法生长的Sb

(6)将制备好的NiO薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例4：如图2所示，一种蒸发水热混合生长Sb

(1)将ITO导电玻璃用洗洁精和洗涤15min，以便除去油脂和有机物，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇各进行10min的超声清洗，氮气吹干得到洁净干燥的ITO透明导电薄膜；

(2)ZnO电子传输层制备：采用喷雾热解法制备ZnO电子传输层，配制0.4mol/L的硝酸锌溶液，在0.04MPa的载气下喷至ITO透明导电薄膜表面，控制加热台的温度为400℃，喷涂完毕后加热台升温至500℃退火20min得到ZnO薄膜衬底；

(3)在ZnO薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在Sb

(6)将制备好的NiO薄膜层的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例5：一种蒸发水热混合生长Sb

(1)将BZO导电玻璃用洗洁精和洗涤15min，以便除去油脂和有机物，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇各进行10min的超声清洗，氮气吹干得到洁净干燥的BZO透明导电薄膜；

(2)ZnO电子传输层制备：采用喷雾热解法制备ZnO电子传输层，配制0.4mol/L的硝酸锌溶液，在0.04MPa的载气下喷至ITO透明导电薄膜表面，控制加热台的温度为400℃，喷涂完毕后加热台升温至500℃退火20min得到ZnO薄膜衬底；

(3)在ZnO薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在Sb

(6)将制备好的P3HT薄膜层的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例6：一种蒸发水热混合生长Sb

(1)将FTO导电玻璃用洗洁精和洗涤15min，以便除去油脂和有机物，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇各进行10min的超声清洗，氮气吹干得到洁净干燥的FTO透明导电薄膜；

(2)ZnO电子传输层制备：采用喷雾热解法制备ZnO电子传输层，配制0.4mol/L的硝酸锌溶液，在0.04MPa的载气下喷至ITO透明导电薄膜表面，控制加热台的温度为400℃，喷涂完毕后加热台升温至500℃退火20min得到ZnO薄膜衬底；

(3)在ZnO薄膜衬底上通过快速热蒸发方法制备Sb

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)在Sb

(6)将制备好的Spiro-OMeTAD薄膜层的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至1×10

实施例7：如图3所示，一种蒸发水热混合生长Sb

(1)将BZO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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的BZO透明导电薄膜；

(2)TiO

(3)在TiO

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)将样品放入磁控溅射设备中，采用NiO靶，溅射功率为150w，气压保持在5pa，制备厚度为50nm的NiO薄膜作为空穴传输层；

(6)将制备好的NiO薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至10

实施例8：一种蒸发水热混合生长Sb

(1)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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的FTO透明导电薄膜；

(2)TiO

(3)在TiO

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)将样品放入磁控溅射设备中，采用NiO靶，溅射功率为150w，气压保持在5pa，制备厚度为75nm的P3HT(3-己基取代聚噻吩)薄膜作为空穴传输层；

(6)将制备好的NiO薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至10

实施例9：一种蒸发水热混合生长Sb

(1)将ITO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，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的ITO透明导电薄膜；

(2)TiO

(3)在TiO

(4)通过水热法生长后续Sb

(5)将样品放入磁控溅射设备中，采用NiO靶，溅射功率为150w，气压保持在5pa，制备厚度为100nm的Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)作为空穴传输层；

(6)将制备好的NiO薄膜的基片放在掩模板上，置于有机金属蒸镀仪中，抽真空至10

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。