本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域，具體涉及一種以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，薄膜太陽能電池因其原料用量少、制備能耗低、產(chǎn)品柔性好等優(yōu)勢，已日益成為太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點。就目前而言，薄膜太陽能電池領(lǐng)域技術(shù)比較成熟，光電轉(zhuǎn)換效率比較高的主要有銅銦鎵硒薄膜太陽能電池和碲化鎘薄膜太陽能電池。對于銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率已達到21.7%，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，并且銦和鎵價格昂貴，生產(chǎn)成本高，制約了其發(fā)展；對于碲化鎘薄膜太陽能電池，其實驗室光電轉(zhuǎn)換效率已達到21%，但鎘有劇毒并且碲資源稀缺，很難大范圍推廣使用。日前，科研工作者把目光投向了硒化銻這種新型的半導(dǎo)體材料。硒化銻具有低毒、廉價、原材料儲量豐富等特點，其禁帶寬度為1.0 eV ~1.2eV，屬于直接帶隙材料，對短波可見光的吸收系數(shù)較大（>105cm-1），只需要500nm薄膜就能夠充分吸收入射太陽光，非常適合制作薄膜太陽能電池。不僅如此，硒化銻還是一種二元單相化合物，在制備和生產(chǎn)過程中可以避免復(fù)雜的組分和雜相等控制難題，其次，硒化銻的相對介電常數(shù)較大，對自由電子或空穴的俘獲能力較低，這有效降低了缺陷所引起的載流子復(fù)合損失。盡管如此，目前文獻報道硒化銻薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為3.7%，而理論上硒化銻薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可以達到30%以上，因而，硒化銻材料在薄膜太陽能電池應(yīng)用領(lǐng)域還有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ藗兗毙鑼ふ乙环N新型的、效率較高的硒化銻薄膜太陽能電池以推動太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了進一步提高硒化銻薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明提供了一種以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池及其制備方法，其特征在于，所述太陽能電池的結(jié)構(gòu)從上至下依次為：金屬正面電極、n型重摻雜黑磷烯薄膜、n型二硫化鉬薄膜、本征氫化納米晶硅薄膜、p型硒化銻薄膜、p型重摻雜黑磷烯襯底、金屬背面電極。所述金屬正面和背面電極為金屬銀電極或鋁電極；所述氫化納米晶硅薄膜是由嵌于氫化非晶硅的納米晶體硅組成，其具有高電導(dǎo)率、高遷移率和低的光吸收系數(shù)等特點；所述二硫化鉬為直接帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為1.2eV~1.8eV，并且其帶隙寬度可以通過調(diào)控二硫化鉬的厚度來實現(xiàn)連續(xù)性調(diào)節(jié)；所述黑磷烯具有高電導(dǎo)率、高透光率以及高漏電流調(diào)制率等特點，能夠極大地減少太陽能電池的整體串聯(lián)電阻；所述太陽能電池的制備過程包括以下步驟：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用肼溶液法或磁控濺射法或超聲噴霧法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法或機械剝離法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用絲網(wǎng)印刷法或蒸鍍法分別沉積金屬正面和背面電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。本發(fā)明的優(yōu)點在于以直接帶隙半導(dǎo)體材料二硫化鉬作為緩沖層，通過調(diào)控二硫化鉬的厚度以達到太陽能電池的最佳禁帶寬度，以具有高吸光系數(shù)的硒化銻作為吸收層，利用本征氫化納米晶硅鈍化pn結(jié)界面，降低界面的缺陷態(tài)密度，同時利用黑磷烯作為導(dǎo)電材料，充分利用其高電導(dǎo)率，高透光率以及非常高的漏電流調(diào)制率等特點，減少太陽能電池的整體串聯(lián)電阻，極大地增加了光電流，提高了硒化銻薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。這種通過利用黑磷烯作為導(dǎo)電材料克服了傳統(tǒng)導(dǎo)電材料的不足，為制備高效率的硒化銻薄膜太陽能電池提供了新思路。
附圖說明：
附圖是本發(fā)明提供的一種以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池的層結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)號說明：
1—金屬正面電極；
2—n型重摻雜黑磷烯薄膜；
3—n型二硫化鉬薄膜；
4—本征氫化納米晶硅薄膜；
5—p型硒化銻薄膜；
6—p型重摻雜黑磷烯襯底；
7—金屬背面電極。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明內(nèi)容不僅限于實施例中涉及的內(nèi)容。
本發(fā)明按附圖所示結(jié)構(gòu)，它包括從上至下依次分布的金屬正面電極1、n型重摻雜黑磷烯薄膜2、n型二硫化鉬薄膜3、本征氫化納米晶硅薄膜4、p型硒化銻薄膜5、p型重摻雜黑磷烯襯底6、金屬背面電極7。
實施例1：一種以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池的制備方法，按照以下步驟操作：
首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用肼溶液法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用絲網(wǎng)印刷法分別沉積金屬銀電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。
實施例2：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用磁控濺射法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用磁控濺射法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用機械剝離法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用蒸鍍法分別沉積金屬鋁電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。
實施例3：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用超聲噴霧法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用磁控濺射法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用蒸鍍法分別沉積金屬銀電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。
實施例4：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用肼溶液法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用磁控濺射法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用機械剝離法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用蒸鍍法分別沉積金屬鋁電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。
實施例5：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用磁控濺射法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用磁控濺射法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用絲網(wǎng)印刷法分別沉積金屬鋁電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。
實施例6：首先在p型重摻雜黑磷烯襯底上利用超聲噴霧法沉積p型硒化銻薄膜，然后在p型硒化銻薄膜上利用磁控濺射法制備本征氫化納米晶硅薄膜，再在本征氫化納米晶硅薄膜上利用化學(xué)氣相沉積法沉積n型二硫化鉬薄膜，接著在n型二硫化鉬薄膜上利用機械剝離法沉積n型重摻雜黑磷烯薄膜，最后在n型重摻雜黑磷烯薄膜表面以及p型重摻雜黑磷烯襯底上利用蒸鍍法分別沉積金屬銀電極，即制得所需要的以黑磷烯作為導(dǎo)電材料的硒化銻薄膜太陽能電池。