【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于太陽(yáng)電池，具體涉及一種銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法。
技術(shù)介紹
1、薄膜化是太陽(yáng)電池未來(lái)發(fā)展的重要方向。薄膜太陽(yáng)電池因具有綠色環(huán)保、能耗低、可柔性等特點(diǎn)而備受關(guān)注。硫化銻（sb2s3）薄膜因其合適的帶隙（1.73?ev）和大的吸收系數(shù)（105cm-1），且其成分物相單一、無(wú)毒環(huán)保、價(jià)格低廉的特性，有望成為未來(lái)最具發(fā)展前景的薄膜太陽(yáng)電池吸收層材料之一。為了適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，硫化銻太陽(yáng)電池必須向著能量轉(zhuǎn)換效率更高、器件穩(wěn)定性更快、重復(fù)性更優(yōu)的方向發(fā)展。目前硫化銻太陽(yáng)電池效率仍落后于其理論效率，制約硫化銻太陽(yáng)電池效率提升的因素是吸收層缺陷和界面問(wèn)題，其中吸收層缺陷種類主要包括高溫結(jié)晶過(guò)程中的s損失導(dǎo)致的vs和sbs，此外薄膜結(jié)晶不完全也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合中心產(chǎn)生；而界面問(wèn)題主要是cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面，界面處的缺陷會(huì)導(dǎo)致載流子的復(fù)合。因此吸收層調(diào)控界面鈍化是突破電池效率的有效技術(shù)路徑。
2、水熱法制備硫化銻薄膜是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，因其易于摻雜、沉積速率可調(diào)的特點(diǎn)，制備的薄膜成分均勻、表面平整致密。摻雜作為一種有效的薄膜優(yōu)化手段，目前已報(bào)道cl-、se2-離子摻雜改性吸收層缺陷的方案，水熱反應(yīng)中的cl-、se2-離子摻雜的方法用以調(diào)控吸收層薄膜，增強(qiáng)了薄膜導(dǎo)電性，鈍化了vs缺陷。摻雜方案主要為陰離子摻雜的形式對(duì)s空位缺陷有一定的鈍化效果，然而sb相關(guān)的缺陷及異質(zhì)結(jié)界面對(duì)太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓影響很大，還缺乏相關(guān)的方法。
3、本專利技術(shù)提出了一種銀納米線摻雜水熱硫化銻薄膜的方法，本專利技術(shù)研
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)的目的在于提供一種銀納米線摻雜的硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法。在水熱沉積硫化銻薄膜過(guò)程中加入銀納米線，實(shí)現(xiàn)銀納米線調(diào)控離子反應(yīng)，在退火結(jié)晶過(guò)程中實(shí)現(xiàn)硫化銻薄膜結(jié)晶和銀納米線摻雜。本專利技術(shù)開(kāi)發(fā)出新的摻雜劑應(yīng)用于硫化銻薄膜，能夠適配水熱沉積工藝，高溫結(jié)晶過(guò)程下銀納米線發(fā)生熔融擴(kuò)散，改善了硫化銻薄膜的結(jié)晶性；通過(guò)銀納米線的橋鍵作用實(shí)現(xiàn)cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面緊密接觸，太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓得到明顯的提升。由此解決現(xiàn)有技術(shù)中硫化銻薄膜結(jié)晶性不足和異質(zhì)結(jié)界面接觸較差，而導(dǎo)致太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓損失較大的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種銀納米線摻硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)由下到上分別為fto襯底、cds電子傳輸層、銀納米線摻雜的sb2s3吸收層、spiro-ometad空穴傳輸層、金屬電極。其中，銀納米線摻雜促使硫化銻薄膜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)完整結(jié)晶，cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面緊密接觸，鈍化界面缺陷，抑制載流子復(fù)合，提升太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓。
4、進(jìn)一步，所述吸收層為銀納米線摻雜的硫化銻薄膜，在水熱反應(yīng)過(guò)程中銀納米線調(diào)控了硫化銻成核的離子反應(yīng)，硫化銻薄膜退火結(jié)晶過(guò)程中銀納米線發(fā)生熔融擴(kuò)散，優(yōu)化了薄膜的結(jié)晶和cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面接觸。
5、本專利技術(shù)還提供了銀納米線摻雜硫化銻薄膜及太陽(yáng)電池制備方法，包括以下步驟：
6、（1）銀納米線摻雜溶液的準(zhǔn)備：搖晃銀納米線分散液避免有納米線聚集沉淀，保證分散液均勻。取100-500?μl的銀納米線分散液，按照1:10?-1：100的體積比例與無(wú)水乙醇均勻混合，得到濃度為1wt%的銀納米線摻雜溶液。
7、（2）前驅(qū)體溶液的配置：稱量1.06?g酒石酸銻鉀藥品和3.06?g硫代硫酸鈉藥品，分別加入到40?ml去離子水的燒杯中，攪拌藥品至完全溶解，得到澄清、均勻的酒石酸銻鉀溶液和硫代硫酸鈉溶液。
8、（3）銀納米線摻雜的硫化銻前驅(qū)體薄膜制備：將酒石酸銻鉀溶液和硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行混合，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，轉(zhuǎn)速為400?rmb/min；混合1?min后加入1-5?ml的銀納米線摻雜溶液，等待混合溶液顏色由澄清轉(zhuǎn)變?yōu)槲ⅫS，隨后進(jìn)行水熱沉積實(shí)驗(yàn)，水熱沉積溫度130℃，水熱沉積時(shí)間180min。
9、（4）退火結(jié)晶：沉積的硫化銻薄膜置于管式爐中退火，采用快速熱處理工藝對(duì)水熱薄膜進(jìn)行退火結(jié)晶處理，得到厚度為350?nm的銀納米線摻雜的硫化銻薄膜。
10、（5）太陽(yáng)電池器件制備：采用超聲清洗的方法清洗fto襯底，依次用去離子水、無(wú)水乙醇、丙酮超聲清洗20-30?min，然后高純氮?dú)獯蹈桑徊捎没瘜W(xué)水浴沉積方法，在fto襯底上沉積cds薄膜，控制沉積條件得到厚度為60?nm；利用濃度20?mg/ml的cdcl2無(wú)水乙醇溶液旋涂在cds薄膜表面并進(jìn)行退火結(jié)晶處理；采用步驟（1）-（4）的方法制備銀納米線摻雜的硫化銻薄膜，控制沉積條件得到厚度為350?nm的銀納米線摻雜的硫化銻薄膜吸收層；采用旋涂法在吸收層上沉積spiro-ometad層，所得薄膜厚度為70?nm；采用真空蒸鍍技術(shù)在spiro-ometad空穴傳輸層表面沉積au得到厚度為50?nm的金屬電極。
11、進(jìn)一步，所用的銀納米線直徑為10?~?50?nm，長(zhǎng)度為5?~?50?um，分散液濃度均勻、穩(wěn)定。
12、進(jìn)一步，所用的銀納米線分散液的溶劑為異丙醇。
13、進(jìn)一步，所用的銀納米線摻雜溶液利用無(wú)水乙醇進(jìn)行配置，銀納米線分散液與無(wú)水乙醇的體積比例為1:10?-?1:100。
14、進(jìn)一步，步驟（4）中銀納米線摻雜的硫化銻前驅(qū)體薄膜退火結(jié)晶的溫度范圍300-400℃，退火時(shí)間200-400s。
15、進(jìn)一步，步驟（5）中退火結(jié)晶的溫度為400℃，退火時(shí)間20-30min。
16、本專利技術(shù)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：
17、（1）本專利技術(shù)使用銀納米線摻雜劑，相比于通常的離子摻雜劑，銀納米線以納米線單質(zhì)形式存在，而非離子形式，不會(huì)直接參與sb3+、s2-結(jié)合反應(yīng)，在前驅(qū)體薄膜內(nèi)部以納米線存在，在薄膜退火后擴(kuò)散消失。應(yīng)用此摻雜劑后，硫化銻吸收層和cds層之間能夠形成很好的異質(zhì)結(jié)界面接觸，硫化銻薄膜導(dǎo)電性提升，晶體內(nèi)部結(jié)晶性增強(qiáng)。
18、（2）水熱法的成膜過(guò)程在溶液體系中發(fā)生，銀納米線是混合在異丙醇溶劑里的，該摻雜方法是兼容水熱沉積薄膜的體系的，這樣摻雜工藝能夠保證整個(gè)溶液體系的均勻性和穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的整個(gè)成膜階段的調(diào)控。
19、（3）本專利技術(shù)所述的銀納米線摻雜溶液利用低成本的無(wú)水乙醇進(jìn)行配置，摻雜量可以通過(guò)稀釋濃度和滴加量來(lái)共同控制，水熱過(guò)程中銀納米線的量影響著沉積硫化銻薄膜均勻性和致密性，改變銀納米線的摻雜比例能有效調(diào)控水熱沉積中sb3+和s2-結(jié)合反應(yīng)，優(yōu)化薄膜成膜過(guò)程。
20、（4）基于本專利技術(shù)獲得銀納米線摻雜的硫化銻薄膜太陽(yáng)電池，能有效提升異質(zhì)結(jié)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)太陽(yáng)電池開(kāi)壓的大幅提升。相比無(wú)摻雜器件，最佳器件開(kāi)路電壓提升40本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)由下到上分別為FTO襯底、CdS電子傳輸層、銀納米線摻雜的硫化銻吸收層、Spiro-OMeTAD空穴傳輸層、金屬電極；其中，銀納米線摻雜促使硫化銻薄膜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)完整結(jié)晶，CdS/Sb2S3異質(zhì)結(jié)界面緊密接觸，鈍化界面缺陷，抑制載流子復(fù)合，提升太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：吸收層為銀納米線摻雜的硫化銻薄膜，在水熱反應(yīng)過(guò)程中銀納米線調(diào)控了硫化銻成核的離子反應(yīng)，硫化銻薄膜退火結(jié)晶過(guò)程中銀納米線發(fā)生熔融擴(kuò)散，優(yōu)化了薄膜的結(jié)晶和CdS/Sb2S3異質(zhì)結(jié)界面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：包括以下步驟：
4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：所用的銀納米線直徑為10?~?50?nm，長(zhǎng)度為5?~?50?um。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：所用的銀納米線分散
6.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：步驟（1）中所用的銀納米線摻雜溶液利用無(wú)水乙醇進(jìn)行配置，銀納米線分散液與無(wú)水乙醇的體積比例為1:10?-?1:100。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：步驟（4）中退火結(jié)晶的溫度范圍300-400℃，退火時(shí)間200-400s。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：步驟（5）中退火結(jié)晶的溫度為400℃，退火時(shí)間20-30min。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)由下到上分別為fto襯底、cds電子傳輸層、銀納米線摻雜的硫化銻吸收層、spiro-ometad空穴傳輸層、金屬電極；其中，銀納米線摻雜促使硫化銻薄膜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)完整結(jié)晶，cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面緊密接觸，鈍化界面缺陷，抑制載流子復(fù)合，提升太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：吸收層為銀納米線摻雜的硫化銻薄膜，在水熱反應(yīng)過(guò)程中銀納米線調(diào)控了硫化銻成核的離子反應(yīng)，硫化銻薄膜退火結(jié)晶過(guò)程中銀納米線發(fā)生熔融擴(kuò)散，優(yōu)化了薄膜的結(jié)晶和cds/sb2s3異質(zhì)結(jié)界面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓的方法，其特征在于：包括以下步驟：
4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀納米線摻雜硫化銻薄膜提升太陽(yáng)電池開(kāi)路電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧輝，馮信信，程樹(shù)英，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：福州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。