本發(fā)明屬于薄膜太陽電池器件，尤其是針對化學水浴法制備高質(zhì)量的硒硫化銻薄膜電池提出了一種基于原位表面重構的前驅(qū)體薄膜制備方法。特別提出一種基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池及制備方法。

背景技術：

1、在薄膜電池領域，碲化鎘、銅銦鎵硒和鈣鈦礦薄膜電池分別已經(jīng)取得了22.6％、23.6％和26.15％的光電轉(zhuǎn)化效率。然而在實際應用中，除了考慮高的光電轉(zhuǎn)換效率外，還要考慮到電池的成本問題以及環(huán)境友好型。由于cd為有毒金屬元素，in，ga和te均為稀缺元素，無形中增加了電池的制作成本，在產(chǎn)業(yè)化過程中受到很大限制。為了滿足人類社會的能源需求，對低成本、高質(zhì)量、綠色環(huán)保、穩(wěn)定的太陽能電池的開發(fā)迫在眉睫。銻基薄膜太陽電池，包括硒化銻，硫化銻和硒硫化銻，由于元素儲量豐富、吸光系數(shù)高、無毒且環(huán)境友好等特點被作為薄膜電池的光吸收層候選材料之一，并展開了廣泛的研究。作為太陽能電池的吸光層材料，硒硫化銻主要有以下優(yōu)勢：(1)硒硫化銻為準一維帶狀結構，本身的晶界就有較強的自我修復能力；(2)吸光系數(shù)高，在可見光范圍內(nèi)可達105cm-1；(3)通過調(diào)節(jié)se/s比值，硒硫化銻的帶隙可以在1.1-1.7ev之間調(diào)節(jié)；(4)理論極限效率可達32％。作為一種極具潛力的薄膜太陽電池，硒硫化銻得到了越來越廣泛的關注。

2、目前，硒硫化銻的最高光電轉(zhuǎn)換效率仍然與碲化鎘薄膜電池有很大的差距。主要原因在于硒硫化銻薄膜電池的開路電壓損失過大。因此，對硒硫化銻薄膜表面進行合適的優(yōu)化處理將有助于鈍化界面缺陷，提高載流子利用效率，減少載流子復合。目前制備硒硫化銻薄膜使用較為廣泛的是水熱法，水熱法制備薄膜需要在高溫、高壓的反應釜中進行，無法對反應過程進行觀察和調(diào)控，因此難以觀察和控制薄膜的生長過程。

3、本發(fā)明所使用的化學水浴法，其優(yōu)點在于反應溫度更低，反應環(huán)境更加開放，所使用的反應設備更加簡單，低成本，反應過程更加容易觀察和控制，反應也更加安全。因此，通過化學水浴法制備更高效的硒硫化銻薄膜太陽電池有更加廣闊的應用前景。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對化學水浴法制備的硒硫化銻太陽電池，提出了一種基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池效率的方法。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池；以透明導電玻璃fto為基底，在硒硫化銻吸收層的表面重新構建一層硫化銻層。

4、所述的基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池；表面重新構建一層硫化銻層方法是，在經(jīng)過水浴沉積硒硫化銻層以后，將得到的薄膜進行硫化銻層的沉積，硫化銻層沉積的具體過程為：以酒酸石銻鉀為銻源、硫代硫酸鈉為硫源，進行硫化銻表面重構層的制備。

5、所述的基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池硫化銻層構建方法；將一定量的酒石酸銻鉀和硫代硫酸鈉放入去離子水中進行攪拌，其中酒酸石銻鉀的濃度為17.14-32.5g/l,硫代硫酸鈉的濃度為14.28-32.5g/l。攪拌至完全溶解后倒入反應器中，并將上述反應得到的硒硫化銻薄膜放入反應瓶中，在水浴鍋中經(jīng)過0.5-2h得到表面重構的硒硫化銻薄膜；將得到的薄膜先用去離子水沖干凈并用氮氣槍吹干，放入手套箱中的350-380℃熱臺上進行退火5-15min得到硒硫化銻吸光層。

6、具體說明如下：

7、本發(fā)明中的硒硫化銻薄膜電池以透明導電玻璃(fto)為基底，制備了器件結構為fto/硫化鎘電子傳輸層/硒硫化銻吸光層/表面重構硫化銻層/空穴傳輸層/金電極的薄膜太陽電池。

8、現(xiàn)有的硒硫化銻電池結構為fto/電子傳輸層/硒硫化銻吸光層/空穴傳輸層/金電極。

9、本發(fā)明的主要內(nèi)容是在現(xiàn)有的基礎上，在硒硫化銻吸收層的表面重新構建一層硫化銻層。

10、本發(fā)明的內(nèi)容是在原硒硫化銻薄膜的基礎上，在吸光層表面制備一層硫化銻層，其他層結構保持不變。如圖1(a)所示的硫化銻層為本發(fā)明的主要內(nèi)容。現(xiàn)有的實驗基礎如圖1(b)所示。

11、以本發(fā)明為硫化銻層的一種基于表面重構提高硒硫化銻薄膜太陽電池制備方法，包含以下步驟：

12、(1)依次使用清洗劑、丙酮、異丙醇、無水乙醇和去離子水對fto襯底進行各15-30分鐘的超聲清洗；

13、(2)通過化學水浴沉積制備硫化鎘電子傳輸層，具體步驟如下：將150-165ml的去離子水、17.5-22.5ml的1.5mmol的硫酸鎘溶液、9.5-11.25ml的15mmol的硫脲溶液和25-30

14、ml的氨水放入燒杯中并攪拌均勻后，將一步經(jīng)過清洗的fto置于其中，在60-66℃的恒溫水浴鍋中沉積9-13min，然后使用去離子水沖洗，再用氮氣槍吹干，得到硫化鎘電子傳輸層。

15、(3)以酒酸石銻鉀為銻源、硫代硫酸鈉為硫源、硒代硫酸鈉為硒源制備硒硫化銻薄膜。硒代硫酸鈉是通過將去離子水、亞硫酸鈉和硒粉混合后水熱反應制備的。首先將35-40ml的去離子水放入小燒杯中開始攪拌，然后向小燒杯中加入20-30mm酒酸石銻鉀、140-160mm五水合硫代硫酸鈉和7-10ml的硒源，將其攪拌至輕微渾濁后，倒入反應瓶中，將上一步得到的樣品置于反應瓶中，然后放入95℃的水浴鍋中反應2-4h得到硒硫化銻薄膜；最后，將得到的薄膜先用去離子水沖干凈并用氮氣槍吹干，放入手套箱中的350-380℃熱臺上進行退火5-15min得到硒硫化銻吸光層。

16、(4)空穴傳輸層的制備：我們采用spiro-ometad作為空穴傳輸層，制備過程如下：首先將65-75mg的spiro-ometad粉末溶解在1.5-2.5ml氯苯中，向其中加入25-30μl的4-叔丁基吡啶(tbp)和15-20μl濃度為520mg/ml的li-tfsi溶液，振蕩均勻后得到spiro-ometad溶液，然后將其旋涂在硒硫化銻吸光層表面，轉(zhuǎn)速為3000r/s,旋轉(zhuǎn)時間為30s。最終將其置于100℃熱臺上退火10min，得到spiro-ometad空穴傳輸層。(5)金電極的制備：本發(fā)明采用熱蒸發(fā)制備au電極，將上一步得到的樣品放入蒸鍍設備中，待真空度下降至5.0×10-4以下，開始蒸發(fā)厚度約70-100nm的au。蒸鍍結束后獲得6個面積為0.105cm2的電池。

17、以上為本發(fā)明中的硒硫化銻薄膜太陽電池的全部制備流程。

18、本
技術實現(xiàn)要素：
為硫化銻層的構建，其他層的制備流程和方法可以采用現(xiàn)有技術的所有方法。

19、本發(fā)明通過在硒硫化銻表面原位重構一層硫化銻的方法，達到了表面的硒元素和硫元素相互擴散并重新分配的效果，有效鈍化了界面處的缺陷，降低了開路電壓虧損，有效抑制了載流子復合，提高了載流子的分離和傳輸效率，使其具有更長的載流子壽命，最終制備出光電轉(zhuǎn)換效率為9.93％的硒硫化銻薄膜太陽電池。

20、本發(fā)明取得的電池效率是通過化學水浴法制備硒硫化銻薄膜太陽電池中最高的器件效率。

21、本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

22、本發(fā)明充分利用了化學水浴法的反應過程容易觀察和調(diào)控的優(yōu)勢，針對性地提出了一種原位表面重構硫化銻層的方法。

23、本發(fā)明通過在硒硫化銻表面原位重構一層硫化銻的方法，達到了表面的硒元素和硫元素相互擴散并重新分配的效果，有效鈍化了界面處的硒空位和銻相關的缺陷，降低了開路電壓虧損，有效抑制了載流子復合，提高了載流子的分離和傳輸效率，使其具有更長的載流子壽命，最終制備出光電轉(zhuǎn)換效率為9.93％的硒硫化銻薄膜太陽電池。

24、本發(fā)明使用的表面重構的方法有效解決了化學水浴法開路電壓低的問題，對器件性能的提升起到了關鍵的作用。本發(fā)明所使用的方法具有操作簡單，耗費時間短，重復性好，適用性強等特點。