一种双层堆叠硫锑银基梯度薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏材料技术领域，具体涉及一种双层堆叠硫锑银基梯度薄膜及其制备方法。

背景技术

硫锑银(AgSbS2)作为锑基三元硫化合物材料，在近红外和可见光下具有合适的带隙1.4-1.7eV，在近红外和可见光下吸收系数高达104-105cm

近年来，我们采用超声喷雾热解方法制备的AgSbS

采用超声喷雾热解沉积(热喷涂法)来制备AgSbS

发明内容

本发明目的在于提供一种双层堆叠硫锑银基梯度薄膜。在确保高的短路电流的同时提高了开路电压，从而使得效率得到明显提高。

本发明第二个目的在于提供上述薄膜的制备方法。

本发明第三个目的在于提供以上述双层堆叠硫锑银基梯度薄膜为吸收层的太阳能电池。

本发明第四个目的在于提供上述太阳能电池的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种双层堆叠硫锑银基梯度薄膜，其特征在于：所述薄膜是以硫锑银(AgSbS

进一步，优选的，上述x＝0.5，y＝0.25。

进一步，上述双层堆叠硫锑银基梯度薄膜是以硝酸银、硝酸铟、乙酸锑和硫脲为原料配制喷涂液1，喷涂沉积AgIn

进一步，上述喷涂沉积是在N

进一步，上述配制喷涂液1是将硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇、形成溶液1，乙酸锑溶于乙酸形成溶液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，再加入乙酸和硫脲混合均匀。

进一步，上述配制喷涂液2是将硝酸银溶于乙二醇甲醚形成溶液3，将乙酸锑溶于乙酸形成溶液4，将溶液3和溶液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，再加入乙酸和硫脲混合均匀。

一种双层堆叠硫锑银梯度薄膜的制备方法，其特征在于：是以硝酸银、硝酸铟、乙酸锑和硫脲为原料配制喷涂液1，喷涂沉积AgIn

进一步，上述喷涂沉积是在N

进一步，上述配制喷涂液1是将硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇、形成溶液1，乙酸锑溶于乙酸形成溶液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，再加入乙酸和硫脲混合均匀。

本发明中将硝酸银和硝酸铟配制溶液1，将乙酸锑单独溶解成溶液2再进行混合，确保生成In添加的前驱体，而不是In取代Sb的结构，最后加入硫脲的同时，也加入了少量的乙酸起到pH缓冲作用，对喷涂液中的前驱体生成形成了调节作用，促进In更均匀分布，使得在热喷涂过程中沉积的薄膜的均匀性、致密性得到提高。

进一步，上述喷涂液1中，硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.1～0.5mmol：13～15mL。

优选的，上述硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.5mmol：15mL。

进一步，上述喷涂液1中硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL。

进一步，上述配制喷涂液2是将硝酸银溶于乙二醇甲醚形成溶液3，将乙酸锑溶于乙酸形成溶液4，将溶液3和溶液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，再加入乙酸和硫脲混合均匀。

进一步，上述喷涂液2中硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.1～1.5mmol:4mmol:80μL。

优选的，喷涂液2中硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.25mmol:4mmol:80μL。

进一步，上述溶液2和溶液4中乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L。

进一步，喷涂液1和喷涂液2中硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7～8mmol:1mL。

进一步，所述硒化是将薄膜置于380℃高温区，将硒粉置于350℃低温区，进行硒化6～9min，形成AgIn

优选的，硒化时间为8min。

最具体的，一种双侧堆叠硫锑银基梯度薄膜的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

(一)配制喷涂液

(1)硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇甲醚中形成混合液1，乙酸锑溶于乙酸中形成混合液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硫酸，最后加入乙酸和硫脲形成喷涂液1，其中硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.1～0.5mmol：13～15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7～8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL；

(2)硝酸银溶于乙二醇甲醚中形成混合液3，乙酸锑溶于乙酸形成混合液2，将混合液3和混合液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，最后加入乙酸和硫脲混合形成喷涂液2，其中硝酸银和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7～8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.1～1.5mmol:4mmol:80μL；

(二)喷涂沉积薄膜双层薄膜

(1)在N

(2)采用喷涂液2在AgIn

(三)硒化

将AgIn

此前研究发现同时添加铟和锑可改善薄膜的结晶度和相纯度，且铟添加硫锑银改变了硫锑银的能带结构，短路电流提高的同时开路电压降低使得效率提升幅度不大，所以硫锑银基材料做吸收层目前的主要问题是如何在保有高短路电流的情况下提高开路电压，由此我们设计了双吸收层，均以硫锑银为基，添加铟的硫锑银为第一层来确保高的短路电流，而添加锑的硫锑银为第二层来提高开路电压。

区别于一般的掺杂化学元素中原来的结构整体不变，只是极少量位置点的某些元素被掺杂元素代替，本发明中双吸收层中的铟元素(In)和锑元素(Sb)是以直接添加的方式加入Ag-Sb-S-Se体系中，元素添加进入AgSbS

一种以AgIn

上述以AgIn

S1清洗ITO基材

以ITO玻璃为基材，用碱性洗涤剂超声波清洗，然后去离子水进行超声洗涤；

S2沉积CdS缓冲层

采用化学镀法在ITO基材上沉积了约150nm厚的CdS缓冲层，然后在400℃退火5min；

S3制备AgIn

(一)配制喷涂液

(1)硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇甲醚中形成混合液1，乙酸锑溶于乙酸中形成混合液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硫酸，最后加入乙酸和硫脲形成喷涂液1，其中硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.1～0.5mmol：13～15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7～8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL；

(2)硝酸银溶于乙二醇甲醚中形成混合液3，乙酸锑溶于乙酸形成混合液2，将混合液3和混合液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，最后加入乙酸和硫脲混合形成喷涂液2，其中硝酸银和乙二醇甲醚的质量体积比为1mmol:15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7～8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.1～1.5mmol:4mmol:80μL；

(二)喷涂沉积薄膜双层薄膜

(1)在N

(2)采用喷涂液2在AgIn

(三)硒化

将AgIn

S4沉积Au电极层

用离子溅射镀膜机将在AgIn

本发明具有如下技术效果：

本发明中双吸收层梯度带隙AgIn

附图说明

图1：不同喷涂周期的AgIn

图2：不同喷涂周期的AgIn

图3：不同喷涂周期制备的AgIn

图4：不同喷涂周期的AgIn

图5：不同喷涂周期的AgIn

图6：以不同喷涂周期制备吸收层的太阳能电池的J-V曲线图。

图7：不同硒化时间制备的AgIn

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种双侧堆叠硫锑银基梯度薄膜的制备方法，按如下步骤进行：

(一)配制喷涂液

(1)硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇甲醚中形成混合液1，乙酸锑溶于乙酸中形成混合液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硫酸，最后加入乙酸和硫脲形成喷涂液1，其中硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.25mmol：13mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL；

(2)硝酸银溶于乙二醇甲醚中形成混合液3，乙酸锑溶于乙酸形成混合液2，将混合液3和混合液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，最后加入乙酸和硫脲混合形成喷涂液2，其中硝酸银和乙二醇甲醚的质量体积比为1mmol：15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为7.7mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.1mmol:4mmol:80μL；

(二)喷涂沉积薄膜双层薄膜

(1)在N

(2)采用喷涂液2在AgIn

(三)硒化

将AgIn

实施例2

一种双侧堆叠硫锑银基梯度薄膜的制备方法，按如下步骤进行：

(一)配制喷涂液

(1)硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇甲醚中形成混合液1，乙酸锑溶于乙酸中形成混合液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硫酸，最后加入乙酸和硫脲形成喷涂液1，其中硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.4mmol：15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL；

(2)硝酸银溶于乙二醇甲醚中形成混合液3，乙酸锑溶于乙酸形成混合液2，将混合液3和混合液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，最后加入乙酸和硫脲混合形成喷涂液2，其中硝酸银和乙二醇甲醚的质量体积比为1mmol：15mL，乙酸锑和乙酸的摩尔体积比是1mmol:4mL，硫脲和乙酸的摩尔体积比为8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.2mmol:4mmol:80μL；

(二)喷涂沉积薄膜双层薄膜

(1)在N

(2)采用喷涂液2在AgIn

(三)硒化

将AgIn

实施例3

一种双侧堆叠硫锑银基梯度薄膜的制备方法，按如下步骤进行：

(一)配制喷涂液

(1)硝酸银、硝酸铟溶于乙二醇甲醚中形成混合液1，乙酸锑溶于乙酸中形成混合液2，将溶液1和溶液2混合，加入质量浓度为68％的浓硫酸，最后加入乙酸和硫脲形成喷涂液1，其中硝酸银、硝酸铟和乙二醇甲醚的摩尔体积比为1mmol：0.5mmol：15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1mmol:4mmol:80μL；

(2)硝酸银溶于乙二醇甲醚中形成混合液3，乙酸锑溶于乙酸形成混合液2，将混合液3和混合液4混合，加入质量浓度为68％的浓硝酸，最后加入乙酸和硫脲混合形成喷涂液2，其中硝酸银和乙二醇甲醚的质量体积比为1mmol:15mL，乙酸锑在乙酸中的摩尔体积浓度为0.29mol/L，硫脲和乙酸的摩尔体积比为8mmol:1mL，硝酸银、乙酸锑、硫脲和浓硝酸的摩尔体积比例为1mmol:1.25mmol:4mmol:80μL；

(二)喷涂沉积薄膜双层薄膜

(1)在N

(2)采用喷涂液2在AgIn

(三)硒化

将AgIn

对比例1：

与实施例3不同的是，通过改变AgIn

图1是不同周期制备的AgIn

从图2可以明显看出，AgIn

图4中，(a)为4周期AgSb

图5中，(a)为4周期AgSb

实施例4

一种以AgIn

上述以AgIn

S1清洗ITO基材

以ITO玻璃为基材，用碱性洗涤剂超声波清洗，然后去离子水进行超声洗涤；

S2沉积CdS缓冲层

采用化学镀法在ITO基材上沉积了约150nm厚的CdS缓冲层，然后在400℃退火5min；

S3制备AgIn

按照实施例3的方法制备AgIn

S4沉积Au电极层

用离子溅射镀膜机将在AgIn

对比例2

与实施例4不同的是，AgIn

通过对比不同周期制备的薄膜作为吸收层的太阳能电池性能参数如表1所示。

表1：

从图6曲线图可以看出，不同喷涂周期制备的AgIn

在之前的研究中，采用单独的2T周期AgSb

实施例5

与实施例4相比，不同点在于制备完成双层结构的AgIn

从图7可以看出，硒化8min时，其对应的薄膜性能表现最为优异。