CN110379874B - 一种太阳能薄膜电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能薄膜电池及其制备方法。所述太阳能薄膜电池的制备方法包括：A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜；C)将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜；D)在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池。本发明采用上述特定的制备方法在电子传输层上形成无机光吸收层Sb3S2薄膜，配合其他层组共同作用，得到的太阳能薄膜电池的光电转换效率较高。

Description

一种太阳能薄膜电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能薄膜电池及其制备方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，人们对能源的需求不断增长，而煤炭、石油等不可再生能源一直无法满足人们日益增长的对能源的消费需求。因此，寻求有效利用和环保的可再生能源是世界的共同目标。太阳能作为清洁可再生能源，引起广泛关注，被认为是传统能源的最佳替代品。太阳能发电作为一系列新能源的代表已经成为科研工作者，甚至全社会的关注。因此，制作一种制备过程简单，价格低，能大规模生产等特点的新型太阳能电池是目前能源问题研究的热点。
到目前为止，太阳能电池有很多种。其中，Sb2S3薄膜太阳能电池具有理论转换效率高、成本低、稳定性好、无毒等优点，被认为是一种具有巨大发展潜力的薄膜太阳能电池。众所周知，吸收层对器件的光伏性能起着重要作用，故一种合适的制备方法是获得Sb2S3薄膜太阳能电池高转换效率的关键。
当前制备Sb2S3太阳能电池吸收层材料的方法有很多，包括各种物理方法和化学方法，其中物理法主要包括热蒸发法、磁控溅射、原子层沉积等方法，这类方法所需设备比较昂贵，生产成本较高。化学方法主要包括溶液法和化学水浴沉积法，其中化学水浴沉积法因操作简单，成本低廉，可制备大面积薄膜材料等优点被广泛运用在Sb2S3太阳能电池的制备中。目前，Sb2S3敏化太阳能电池的最高效率为7.5％，值得一提的是，此种电池的Sb2S3薄膜就是使用化学浴沉积制得的。但是使用化学浴沉积法沉积Sb2S3薄膜制得的Sb2S3平面太阳能电池最高效率只有4.6％，如何提升硫化锑薄膜的光电性能，拓宽其在光电化学领域的应用是目前的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种太阳能薄膜电池及其制备方法，本发明制备的太阳能薄膜电池可以获得较高的光电转换效率。
本发明提供了一种太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：
A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；
B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜；
C)将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜；
D)在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；
E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池。
优选的，步骤A)中，所述SbCl3溶液中的溶剂包括乙醇和/或丙酮；
所述SbCl3溶液的浓度为0.07～0.3g/mL；
所述SbCl3溶液中的溶剂与所述水的体积比为1：5～20。
优选的，步骤A)中，所述EDTA溶液的浓度为0.5mol/L；
所述Na2S2O3溶液的浓度为1mol/L；
所述SbCl3、EDTA和Na2S2O3的摩尔比为3～42：1：26～240。
优选的，步骤B)中，所述沉积的时间为5～240min。
优选的，所述后处理包括硫化处理、硒化处理或在80～120℃下继续沉积2～30min。
优选的，所述硫化处理采用的硫化试剂为含硫水溶液，所述含硫水溶液的溶质包括Na2S2O3、硫代乙酰胺和者硫脲中的一种或几种；
所述含硫水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L；
所述硫化处理的温度为20～110℃，所述硫化处理的时间为2～240min。
优选的，所述硒化处理采用的硒化试剂为含硒水溶液，所述含硒水溶液的溶质包括SeO2和/或硒脲；
所述含硒水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L；
所述硒化处理的温度为20～110℃，所述硒化处理的时间为2～240min。
优选的，所述硫化处理或所述硒化处理后，还包括退火；
所述退火的温度为200～400℃，所述退火的时间为1～30min。
优选的，所述蒸镀在真空的条件下进行，所述真空的真空度小于1.0×10-3Pa。
本发明还提供了一种上文所述的制备方法制备的太阳能薄膜电池。
本发明提供了一种太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜；C)将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜；D)在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池。本发明采用SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水制备前驱体沉积液，然后在45～70℃下沉积于电子传输层上。申请人创造性地发现，所述EDTA可以与锑离子生成络合物，从而减慢锑离子与硫离子的结合，但是，如果可以保证上述的化学浴沉积在45～70℃下进行，则锑离子与硫离子可以结合的更快速彻底，减少其他杂相的生成，提高Sb3S2薄膜的结晶性，从而提升电池的光电转换效率。本发明采用上述特定的制备方法在电子传输层上形成无机光吸收层Sb3S2薄膜，配合其他层组共同作用，得到的太阳能薄膜电池的光电转换效率较高。
实验结果表明，本发明制备的太阳能薄膜电池的开路电压不低于0.68V，短路电流密度不低于12.45mA/cm2，太阳能薄膜电池的填充因子高于50％，光电转换效率不低于4.55％。
附图说明
图1为本发明实施例1～5制备的太阳能薄膜电池的J-V性能曲线；
图2为本发明实施例1～5制备的Sb3S2薄膜材料的XRD图；
图3为本发明实施例1制备的Sb3S2薄膜的SEM图；
图4为本发明实施例1完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图；
图5为本发明实施例2制备的Sb3S2薄膜的SEM图；
图6为本发明实施例2完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图；
图7为本发明实施例3制备的Sb3S2薄膜的SEM图；
图8为本发明实施例3完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图；
图9为本发明实施例4制备的Sb3S2薄膜的SEM图；
图10为本发明实施例4完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图；
图11为本发明实施例5制备的Sb3S2薄膜的SEM图；
图12为本发明实施例5完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：
A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；
B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜；
C)将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜；
D)在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；
E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池。
在本发明的实施例中，所述SbCl3溶液中的溶剂包括乙醇和/或丙酮。本发明进一步限定SbCl3溶液中的溶剂包括乙醇和/或丙酮，对于锑离子与硫离子的结合，减少其他杂相的生成，提高Sb3S2薄膜的结晶性。
在本发明的某些实施例中，所述SbCl3溶液的浓度为0.07～0.3g/mL。在某些实施例中，所述SbCl3溶液的浓度为0.13g/mL。
在本发明的某些实施例中，所述SbCl3溶液中的溶剂与所述水的体积比为1：5～20。
在本发明的某些实施例中，所述EDTA溶液的溶剂为水。在本发明的某些实施例中，所述EDTA溶液的浓度为0.5mol/L。
在本发明的某些实施例中，所述Na2S2O3溶液的溶剂为水。在本发明的某些实施例中，所述Na2S2O3溶液的浓度为1mol/L。
在本发明的某些实施例中，所述SbCl3溶液中的SbCl3、EDTA溶液中的EDTA和Na2S2O3溶液中的Na2S2O3的摩尔比为3～42：1：26～240。在某些实施例中，所述SbCl3溶液中的SbCl3、EDTA溶液中的EDTA和Na2S2O3溶液中的Na2S2O3的摩尔比为9.1：1：80或7.6：1：66.6。
在本发明的某些实施例中，将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀具体为：
在SbCl3溶液中加入EDTA溶液，搅拌均匀后，再分别加入Na2S2O3溶液和水混匀。
在本发明的某些实施例中，所述水为超纯水。
得到前驱体沉积液后，将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜。
在本发明的实施例中，所述电子传输层为TiO2薄膜。所述电子传输层复合在透明导电衬底上。在本发明的实施例中，所述透明导电衬底为FTO玻璃。在本发明的某些实施例中，在所述透明导电衬底上复合电子传输层，具体的步骤包括：
a)将乙醇、钛酸四异丙酯和浓盐酸混合，得到TiO2前驱体溶液；
b)将所述TiO2前驱体溶液旋涂于FTO玻璃上，经煅烧后，得到复合在透明导电衬底上的电子传输层。
在本发明的某些实施例中，所述浓盐酸的浓度为36～38wt％。
在本发明的某些实施例中，所述乙醇、钛酸四异丙酯和浓盐酸的体积比为2000：140：20。
在本发明的某些实施例中，所述旋涂的转速为2000r/min，旋涂的时间为40s。
在本发明的某些实施例中，所述煅烧的温度为550℃，所述煅烧的时间为60min。在某些实施例中，所述煅烧的设备为马弗炉。
得到电子传输层后，将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜。
在本发明的某些实施例中，所述沉积可以为：将电子传输层置于所述前驱体沉积液中，在45～70℃的水浴环境下沉积。
所述沉积的温度为45～70℃。在本发明的某些实施例中，所述沉积的温度为60℃。在本发明的某些实施例中，所述沉积的时间为5～240min。在某些实施例中，所述沉积的时间为180min。
得到Sb3S2前驱体薄膜后，将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜。
在本发明的某些实施例中，所述后处理包括硫化处理、硒化处理或在80～120℃下继续沉积2～30min。
所述后处理可以为硫化处理。在本发明的某些实施例中，所述硫化处理采用的硫化试剂为含硫水溶液，所述含硫水溶液的溶质包括Na2S2O3、硫代乙酰胺和者硫脲中的一种或几种。在本发明的某些实施例中，所述含硫水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L。在某些实施例中，所述含硫水溶液的浓度为0.25mol/L或1mol/L。
在本发明的某些实施例中，所述硫化处理具体为：将所述Sb3S2前驱体薄膜置于含硫水溶液中，进行化学浴沉积。
在本发明的某些实施例中，所述硫化处理的温度为20～110℃。在某些实施例中，所述硫化处理的温度为60℃。在本发明的某些实施例中，所述硫化处理的时间为2～240min。在某些实施例中，所述硫化处理的时间为30min。
所述后处理可以为硒化处理。在本发明的某些实施例中，所述硒化处理采用的硒化试剂为含硒水溶液，所述含硒水溶液的溶质包括SeO2和/或硒脲。在本发明的某些实施例中，所述含硒水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L。在某些实施例中，所述含硒水溶液的浓度为2.5mol/L。
在本发明的某些实施例中，所述硒化处理具体为：将所述Sb3S2前驱体薄膜置于含硒水溶液中，进行化学浴沉积。
在本发明的某些实施例中，所述硒化处理的温度为20～110℃。在某些实施例中，所述硒化处理的温度为80℃。在本发明的某些实施例中，所述硒化处理的时间为2～240min。在某些实施例中，所述硒化处理的时间为30min。
所述后处理还可以为在80～120℃下继续沉积2～30min。
继续沉积的温度为80～120℃。在本发明的某些实施例中，所述继续沉积的温度为100℃。继续沉积的时间为2～30min。在本发明的某些实施例中，所述继续沉积的时间为5min。
在本发明的某些实施例中，所述硫化处理或所述硒化处理后，还包括退火。
在某些实施例中，所述退火前还包括采用压缩空气吹干。
在本发明的某些实施例中，所述退火在保护气条件下进行。在某些实施例中，所述保护气为氮气。
在本发明的某些实施例中，所述退火的温度为200～400℃。在某些实施例中，所述退火的温度为350℃。在本发明的某些实施例中，所述退火的时间为1～30min。在某些实施例中，所述退火的时间为5min。
本发明中，化学浴沉积后进行后处理，可以有效改善薄膜的质量，提高器件的短路电流和填充因子，从而提升电池的光电转换效率。
本发明中的Sb3S2薄膜为无机光吸收层，配合其他层组共同作用，得到的太阳能薄膜电池可以获得较高的光电转换效率。
得到Sb3S2薄膜后，在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层。
在本发明的某些实施例中，所述空穴传输材料为Spiro-OMe TAD溶液。在本发明的某些实施例中，所述Spiro-OMe TAD溶液按照以下方法进行制备：
将Spiro-OMe TAD粉体、磷酸三丁酯、Li-TFSI的乙腈溶液和氯苯混匀，得到Spiro-OMe TAD溶液。
本发明对所述Spiro-OMe TAD粉体的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
在本发明的某些实施例中，所述Li-TFSI的乙腈溶液的浓度为0.5～0.6g/mL。在某些实施例中，所述Li-TFSI的乙腈溶液的浓度为0.52g/mL。
在本发明的某些实施例中，所述Spiro-OMe TAD粉体、磷酸三丁酯(tBP)、Li-TFSI的乙腈溶液和氯苯的用量比为0.03～0.04g：12～16μL：8～10μL：0.8～1.2mL。在某些实施例中，所述Spiro-OMe TAD粉体、磷酸三丁酯、Li-TFSI的乙腈溶液和氯苯的用量比为0.036g：14.4μL：9.5μL：1mL。
在本发明的某些实施例中，所述旋涂的转速为3000r/min。在本发明的某些实施例中，所述旋涂的时间为30s。
在本发明的某些实施例中，所述热处理的温度为100℃。在本发明的某些实施例中，所述热处理的时间为5min。
经过热处理后得到的空穴传输层为Spiro-OMe TAD薄膜。
得到空穴传输层后，在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到金属电极层，进而得到太阳能薄膜电池。
在本发明的某些实施例中，所述蒸镀在真空的条件下进行。所述真空的真空度小于1.0×10-3Pa。在某些实施例中，所述真空的真空度为5×10-4Pa。
在本发明的某些实施例中，所述蒸镀得到的金属电极层厚度为20～100nm。在某些实施例中，所述蒸镀得到的金属电极层厚度为60nm。
在本发明的某些实施例中，所述金属电极为金电极。
本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
本发明还提供了一种上文所述的制备方法制备的太阳能薄膜电池。在本发明的某些实施例中，所述太阳能薄膜电池包括：
透明导电衬底；
复合在所述透明导电衬底上的电子传输层；
复合在所述电子传输层上的无机光吸收层；
复合在所述无机光吸收层上的空穴传输层；
复合在所述空穴传输层上的金属电极层；
所述无机光吸收层为Sb3S2薄膜。
在本发明的某些实施例中，所述透明导电衬底为FTO玻璃。在本发明的某些实施例中，所述透明导电衬底的厚度为340～365nm。
在本发明的某些实施例中，所述电子传输层为TiO2薄膜。在本发明的某些实施例中，所述电子传输层的厚度为30～50nm。在某些实施例中，所述电子传输层的厚度为46nm、41nm或43nm。
在本发明的某些实施例中，所述Sb3S2薄膜的厚度为170～185nm。在某些实施例中，所述Sb3S2薄膜的厚度为180nm、175nm、185nm或174nm。
在本发明的某些实施例中，所述空穴传输层为Spiro-OMe TAD薄膜。在本发明的某些实施例中，所述空穴传输层的厚度为70～100nm。在某些实施例中，所述空穴传输层的厚度为80nm。
在本发明的某些实施例中，所述金属电极层为金电极层。在本发明的某些实施例中，所述金属电极层的厚度为20～100nm。在某些实施例中，所述金属电极层的厚度为60nm。
本发明提供了一种太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于电子传输层上，形成Sb3S2前驱体薄膜；C)将所述Sb3S2前驱体薄膜进行后处理，得到Sb3S2薄膜；D)在所述Sb3S2薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池。本发明采用SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水制备前驱体沉积液，然后在45～70℃下沉积于电子传输层上。申请人创造性地发现，所述EDTA可以与锑离子生成络合物，从而减慢锑离子与硫离子的结合，但是，如果可以保证上述的化学浴沉积在45～70℃下进行，则锑离子与硫离子可以结合的更快速彻底，减少其他杂相的生成，提高Sb3S2薄膜的结晶性，从而提升电池的光电转换效率。本发明采用上述特定的制备方法在电子传输层上形成无机光吸收层Sb3S2薄膜，配合其他层组共同作用，得到的太阳能薄膜电池的光电转换效率较高。
实验结果表明，本发明制备的太阳能薄膜电池的开路电压不低于0.68V，短路电流密度不低于12.45mA/cm2，太阳能薄膜电池的填充因子高于50％，光电转换效率不低于4.55％。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种太阳能薄膜电池及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用的原料均为一般市售。
实施例1
1、制备电子传输层：
将2mL的乙醇、140μL的钛酸四异丙酯和20μL的浓盐酸混合，得到TiO2前驱体溶液；
将所述TiO2前驱体溶液旋涂于厚度为341nm的FTO玻璃上，旋涂的转速为2000r/min，时间为40s，然后，将旋涂好的TiO2薄膜在马弗炉中550℃下煅烧60min，得到复合在透明导电衬底上的电子传输层。所述电子传输层的厚度为46nm。
2、制备无机光吸收层：
将0.13g SbCl3溶解于1mL的乙醇中，溶解完全后，加入125μL 0.5mol/L的EDTA水溶液，搅拌均匀后，再分别加入5mL 1mol/L的Na2S2O3水溶液和14mL的超纯水混匀，得到前驱体沉积液；其中，所述SbCl3溶液中的SbCl3、EDTA溶液中的EDTA和Na2S2O3溶液中的Na2S2O3的摩尔比为9.1：1：80；
将电子传输层置于所述前驱体沉积液中，在60℃的水浴环境下沉积180min，然后，继续在100℃的水浴环境下继续沉积5min，得到Sb3S2薄膜。所述Sb3S2薄膜的厚度为180nm。
3、制备空穴传输层：
先将0.52g Li-TFSI溶解于1mL乙腈中，将0.036g Spiro-OMe TAD粉体、14.4μL的tBP以及9.5μL Li-TFSI乙腈溶液溶解于1mL的氯苯中，得到Spiro-OMe TAD溶液；
将所述Spiro-OMe TAD溶液旋涂在所述Sb3S2薄膜上,旋涂的转速3000r/min，时间为30s，最后在100℃下进行热处理5min，得到Spiro-OMe TAD薄膜。所述Spiro-OMe TAD薄膜的厚度为80nm。
4、蒸镀银金电极：
真空度为5×10-4Pa，在Spiro-OMe TAD薄膜上蒸镀金电极，蒸镀得到的金电极层的厚度为60nm。从而得到太阳能薄膜电池。
在AM1.5，1000W/m2光照下用Keithley-2400测试该电池的J-V性能曲线，如图1所示。图1为本发明实施例1～5制备的太阳能薄膜电池的J-V性能曲线。从图1可以看出，实施例制备的太阳能薄膜电池的开路电压为0.68V，短路电流密度为16.01mA/cm2。经计算，所述太阳能薄膜电池的填充因子为51.00％，光电转换效率为5.56％。
利用X射线衍射仪对实施例1得到的Sb3S2薄膜材料进行分析，得到本发明实施例1中Sb3S2薄膜材料的XRD图，如图2所示。图2为本发明实施例1～5制备的Sb3S2薄膜材料的XRD图。从图2中可以看出，所述薄膜材料呈现辉锑矿型Sb3S2的(JCPDS 42-1393)衍射峰，且(130)面峰比较强，结晶性较好。
将实施例1得到的Sb3S2薄膜进行扫描电镜扫描分析，结果如图3所示，图3为本发明实施例1制备的Sb3S2薄膜的SEM图。从图3中可以看出，所述Sb3S2薄膜的致密性好、结晶性强，且均匀平整。
完成制备无机光吸收层后，对得到的复合层的截面进行扫描电镜扫描分析，结果如图4所示，图4为本发明实施例1完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。从图4中可以看出，Sb3S2薄膜的厚度为180nm。
实施例2
1、制备电子传输层：
将2mL的乙醇、140μL的钛酸四异丙酯和20μL的浓盐酸混合，得到TiO2前驱体溶液；
将所述TiO2前驱体溶液旋涂于厚度为359nm的FTO玻璃上，旋涂的转速为2000r/min，时间为40s，然后，将旋涂好的TiO2薄膜在马弗炉中550℃下煅烧60min，得到复合在透明导电衬底上的电子传输层。所述电子传输层的厚度为41nm。
2、制备无机光吸收层：
将0.13g SbCl3溶解于1mL的乙醇中，溶解完全后，加入150μL 0.5mol/L的EDTA水溶液，搅拌均匀后，再分别加入5mL 1mol/L的Na2S2O3水溶液和14mL的超纯水混匀，得到前驱体沉积液；其中，所述SbCl3溶液中的SbCl3、EDTA溶液中的EDTA和Na2S2O3溶液中的Na2S2O3的摩尔比为7.6：1：66.6；
将电子传输层置于所述前驱体沉积液中，在60℃的水浴环境下沉积180min，得到前驱体薄膜；
将所述前驱体薄膜置于浓度为0.25mol/L的Na2S2O3水溶液中60℃化学浴沉积30min。取出后，采用压缩空气吹干，然后，在N2的气氛中在350℃加热板上退火5min，得到Sb3S2薄膜。所述Sb3S2薄膜的厚度为175nm。
3、制备空穴传输层：
先将0.52g Li-TFSI溶解于1mL乙腈中，将0.036g Spiro-OMe TAD、14.4μL的tBP以及9.5μL Li-TFSI乙腈溶液溶解于1mL的氯苯中，得到Spiro-OMe TAD溶液；
将所述Spiro-OMe TAD溶液旋涂在所述Sb3S2薄膜上,旋涂的转速3000r/min，时间为30s，最后在100℃下进行热处理5min，得到Spiro-OMe TAD薄膜。所述Spiro-OMe TAD薄膜的厚度为80nm。
4、蒸镀金电极：
真空度为5×10-4Pa，在Spiro-OMe TAD薄膜上蒸镀金电极，蒸镀得到的金电极层的厚度为60nm。从而得到太阳能薄膜电池。
在AM1.5，1000W/m2光照下用Keithley-2400测试该电池的J-V性能曲线，如图1所示。从图1可以看出，实施例2制备的太阳能薄膜电池的开路电压为0.68V，短路电流密度为13.57mA/cm2。经计算，所述太阳能薄膜电池的填充因子为51.39％，光电转换效率为4.81％。
利用X射线衍射仪对实施例2得到的Sb3S2薄膜材料进行分析，得到本发明实施例2中Sb3S2薄膜材料的XRD图，如图2所示。从图2中可以看出，所述Sb3S2薄膜材料呈现辉锑矿型Sb3S2的(JCPDS 42-1393)衍射峰。
将实施例2得到的Sb3S2薄膜进行扫描电镜扫描分析，结果如图5所示，图5为本发明实施例2制备的Sb3S2薄膜的SEM图。从图5中可以看出，所述Sb3S2薄膜的致密性好、平整性和均匀性高。
完成制备无机光吸收层后，对得到的复合层的截面进行扫描电镜扫描分析，结果如图6所示，图6为本发明实施例2完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。从图6中可以看出，Sb3S2薄膜的厚度为175nm。
实施例3
按照实施例2的制备步骤制得太阳能薄膜电池，不同之处在于：在制备无机光吸收层时，将所述前驱体薄膜置于浓度为0.25mol/L的硫代乙酰胺水溶液中60℃化学浴沉积30min。取出后，采用压缩空气吹干，然后，在N2的气氛中在350℃加热板上退火5min，得到Sb3S2薄膜。所述Sb3S2薄膜的厚度为185nm。FTO玻璃的厚度为344nm，电子传输层的厚度为43nm。
在AM1.5，1000W/m2光照下用Keithley-2400测试该电池的J-V性能曲线，如图1所示。从图1可以看出，实施例3制备的太阳能薄膜电池的开路电压为0.70V，短路电流密度为12.45mA/cm2。经计算，所述太阳能薄膜电池的填充因子为52.30％，光电转换效率为4.60％。
利用X射线衍射仪对实施例3得到的Sb3S2薄膜材料进行分析，得到本发明实施例3中Sb3S2薄膜材料的XRD图，如图2所示。从图2中可以看出，所述Sb3S2薄膜材料呈现辉锑矿型Sb3S2的(JCPDS 42-1393)衍射峰，且(120)、(130)面峰比较强，结晶性较好。
将实施例3得到的Sb3S2薄膜进行扫描电镜扫描分析，结果如图7所示，图7为本发明实施例3制备的Sb3S2薄膜的SEM图。从图7中可以看出，所述Sb3S2薄膜致密性好、结晶性强、平整性高。
完成制备无机光吸收层后，对得到的复合层的截面进行扫描电镜扫描分析，结果如图8所示，图8为本发明实施例3完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。从图8中可以看出，Sb3S2薄膜的厚度为185nm。
实施例4
按照实施例2的制备步骤制得太阳能薄膜电池，不同之处在于：在制备无机光吸收层时，将所述前驱体薄膜置于浓度为1mol/L的硫脲水溶液中60℃化学浴沉积30min。取出后，采用压缩空气吹干，然后，在N2的气氛中在350℃加热板上退火5min，得到Sb3S2薄膜。所述Sb3S2薄膜的厚度为180nm。FTO玻璃的厚度为364nm，电子传输层的厚度为43nm。
在AM 1.5，1000W/m2光照下用Keithley-2400测试该电池的J-V性能曲线，如图1所示。从图1可以看出，实施例4制备的太阳能薄膜电池的开路电压为0.69V，短路电流密度为12.94mA/cm2。经计算，所述太阳能薄膜电池的填充因子为50.37％，光电转换效率为4.55％。
利用X射线衍射仪对实施例4得到的Sb3S2薄膜材料进行分析，得到本发明实施例4中Sb3S2薄膜材料的XRD图，如图2所示。从图2中可以看出，所述Sb3S2薄膜材料呈现辉锑矿型Sb3S2的(JCPDS 42-1393)衍射峰，结晶性较好。
将实施例4得到的Sb3S2薄膜进行扫描电镜扫描分析，结果如图9所示，图9为本发明实施例4制备的Sb3S2薄膜的SEM图。从图9中可以看出，所述Sb3S2薄膜的结晶性强，且比较平整。
完成制备无机光吸收层后，对得到的复合层的截面进行扫描电镜扫描分析，结果如图10所示，图10为本发明实施例4完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。从图10中可以看出，Sb3S2薄膜的厚度为180nm。
实施例5
按照实施例2的制备步骤制得太阳能薄膜电池，不同之处在于：在制备无机光吸收层时，将所述前驱体薄膜置于浓度为2.5mol/L的SeO2水溶液中80℃化学浴沉积30min。取出后，采用压缩空气吹干，然后，在N2的气氛中在350℃加热板上退火5min，得到Sb3S2薄膜。所述Sb3S2薄膜的厚度为174nm。FTO玻璃的厚度为359nm，电子传输层的厚度为46nm。
在AM1.5，1000W/m2光照下用Keithley-2400测试该电池的J-V性能曲线，如图1所示。从图1可以看出，实施例5制备的太阳能薄膜电池的开路电压为0.72V，短路电流密度为14.36mA/cm2。经计算，所述太阳能薄膜电池的填充因子为52.99％，光电转换效率为5.51％。
利用X射线衍射仪对实施例5得到的Sb3S2薄膜材料进行分析，得到本发明实施例5中Sb3S2薄膜材料的XRD图，如图2所示。从图2中可以看出，所述Sb3S2薄膜材料呈现辉锑矿型Sb3S2的(JCPDS 42-1393)衍射峰。
将实施例5得到的Sb3S2薄膜进行扫描电镜扫描分析，结果如图11所示，图11为本发明实施例5制备的Sb3S2薄膜的SEM图。从图11中可以看出，所述Sb3S2薄膜致密性好、平整性高。
完成制备无机光吸收层后，对得到的复合层的截面进行扫描电镜扫描分析，结果如图12所示，图12为本发明实施例5完成制备无机光吸收层后得到的复合层截面的SEM图。从图12中可以看出，Sb3S2薄膜的厚度为174nm。
实验结果表明，本发明制备的太阳能薄膜电池的开路电压不低于0.68V，短路电流密度不低于12.45mA/cm2，太阳能薄膜电池的填充因子高于50％，光电转换效率不低于4.55％。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将SbCl3溶液、EDTA溶液、Na2S2O3溶液和水混匀，得到前驱体沉积液；所述SbCl3、EDTA和Na2S2O3的摩尔比为3~42：1：26~240；
B)将所述前驱体沉积液在45～70℃下沉积于TiO2薄膜上，形成Sb2S3前驱体薄膜；
所述TiO2薄膜的厚度为30~50nm；
C)将所述Sb2S3前驱体薄膜进行后处理，得到Sb2S3薄膜；所述后处理为在80～120℃下继续沉积2～30min；
D)在所述Sb2S3薄膜上旋涂空穴传输材料，热处理后得到空穴传输层；
所述空穴传输材料为Spiro-OMe TAD溶液；
E)在所述空穴传输层上蒸镀金属电极，得到太阳能薄膜电池；
所述蒸镀在真空的条件下进行，所述真空的真空度小于1.0×10-3 Pa。
2.根据权利要求1所述的太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述SbCl3溶液中的溶剂包括乙醇和/或丙酮；
所述SbCl3溶液的浓度为0.07～0.3g/mL；
所述SbCl3溶液中的溶剂与所述水的体积比为1：5～20。
3.根据权利要求1所述的太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述EDTA溶液的浓度为0.5mol/L；
所述Na2S2O3溶液的浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤B)中，所述沉积的时间为5～240min。
5.一种太阳能薄膜电池，其特征在于，由权利要求1~4任意一项所述制备方法得到。
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