本发明属于光电材料领域，更具体地，涉及一种硒化镉类单晶薄膜制备方法、太阳能电池制备方法及产物。
背景技术：
硒化镉(cdse)是一种ii-vi族硫系化合物半导体，拥有优异的光电性质，在可见光范围内的高吸收系数，是太阳能电池吸收层的理想候选材料。光伏器件未来的发展趋势将会是与晶硅太阳能电池形成叠层，理论计算表明，与主流禁带宽度为1.25ev的晶硅太阳能电池形成叠层太阳能电池的最佳禁带宽度为1.7ev，理论效率可达40％以上。
cdse材料的禁带宽度为1.74ev，并且属于直接带隙半导体。研究进一步表明，cdse作为简单的二元化合物，特别容易使用大规模生产的气相沉积技术进行沉积，且实现化学计量的cdse薄膜十分容易。同时cdse块体材料作为一种稳定的无机化合物，其不溶于水，不易热分解，且有一定的耐酸碱特性。因而，获得高质量的cdse薄膜并实现薄膜太阳能电池，原理上可行，具有广阔的应用前景。
然而，当前关于cdse的研究主要是纳米材料，其禁带宽度受量子限域效应而偏离体材料的1.74ev禁带宽度，因而并不适合与晶硅太阳能电池形成很好的叠层太阳能电池。此外，纳米材料与晶硅太阳能实现大规模量产也存在绝对的技术挑战。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种硒化镉类单晶薄膜制备方法、太阳能电池制备方法及产物，其目的在于，解决现有的基于纳米材料制备的cdse不适于应用于晶硅太阳能电池的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种硒化镉类单晶薄膜制备方法，包括如下步骤：
(s1)将导电基底加热至第一预设温度并维持第一预设时间；
(s2)以硒化镉粉末为蒸发源，将蒸发源加热至第二预设温度后，利用快速热蒸发法在导电基底上沉积得到晶体取向单一的硒化镉薄膜。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，使用快速热蒸发法在导电基底上沉积硒化镉薄膜，由于快速热蒸发法属于真空镀膜技术，在制备过程中，薄膜平衡态生长，呈现出择优取向生长，因此，本发明所制备的硒化镉薄膜是一种单晶薄膜，其中的硒化镉晶体取向单一，降低了因晶界而带来的晶体缺陷，其禁带宽度不会发生偏离，可以很好地用于制备叠层太阳能电池；真空镀膜技术本身是面向大规模生产的技术之一，因此，本发明所制备的硒化镉薄膜能够应用于大规模量产。
在一些可选的实施例中，第一预设温度为0～450℃，第二预设温度为800～850℃。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，通过设定第一预设温度，即导电基底的温度，为0～450℃，通过设定第二预设温度，即蒸发源的温度，为800～850℃，能够保证制备得到的硒化镉薄膜中，硒化镉晶体具有单一取向。
进一步地，第一预设温度为300～450℃，第一预设时间不少于15min，第二预设温度为800～850℃。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，通过设定第一预设温度为300～450℃，第一预设时间不少于15min，第二预设温度为800～850℃，能够制备得到只有<103>取向的硒化镉薄膜。
进一步地，利用快速热蒸发法在导电基底上沉积硒化镉薄膜的蒸发时间为50～100s。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，通过设定蒸发时间为50～100s，能够使得所制备的硒化镉薄膜厚度为1～3μm，从而避免因硒化镉薄膜太薄而影响光吸收效率，同时避免因硒化镉薄膜太厚而增大载流子传输损耗，有利于制备高性能的太阳能电池。
进一步地，制备过程中，气压不高于1pa。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，通过设定气压不高于1pa，能够降低蒸发过程中与气体分子的碰撞而难以沉积在基底上，同时能够防止氧气氧化硒化镉薄膜。
在一些可选的实施例中，第一预设温度为0～300℃，第一预设时间不少于15min。
本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法，通过设定，第一预设温度为0～300℃，第一预设时间不少于15min，能够制备得到只有<002>取向的硒化镉薄膜。
按照本发明的另一个方面，提供了一种硒化镉薄膜，该硒化镉薄膜由本发明提供的上述硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到。
本发明所提供的硒化镉薄膜，其中的硒化镉晶体具有单一取向，且该硒化镉薄膜的禁带宽度为1.74ev，能够很好地用于制备叠层太阳能电池，并且可应用于大规模量产。
按照本发明的又一个方面，提供了一种太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
(t1)获得由本发明提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到导电基底及其上沉积的硒化镉薄膜，活化其中的硒化镉薄膜；
(t2)在硒化镉薄膜的表面旋涂一层高分子空穴收集层；
(t3)在高分子空穴收集层的表面旋涂一层cu基空穴收集层；
(t4)在cu基空穴收集层的表面沉积顶电极，从而完成太阳能电池的制备。
本发明所提供的太阳能电池制备方法，由cu基空穴收集层和硒化镉薄膜构成pn结，利用cu基空穴收集层的高掺杂浓度，可实现高质量的pn结，获得高性能的硒化镉薄膜太阳能电池；在cu基空穴收集层和硒化镉薄膜之间还旋涂有高分子空穴收集层，能够利用高分子的惰性特性，减少pn结中的界面缺陷，提高太阳能电池的性能。
进一步地，高分子空穴收集层的材料为pedot:pss或p3ht，cu基空穴收集层的材料为cui、cu2o或cuscn，顶电极的材料为au或ito。
按照本发明的又一个方面，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池由本发明提供的上述太阳能电池制备方法制备得到。
本发明所提供的太阳能电池，为一种叠层太阳能电池，其中的吸光层为晶体取向单一的硒化镉薄膜，因此该太阳能电池性能具有较好的性能。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明利用快速热蒸发法，快速制备硒化镉类单晶薄膜，由于薄膜平衡态生长，呈现出择优取向生长，因而实现了硒化镉类单晶薄膜，其薄膜中硒化镉晶体取向单一，进而降低了因晶界而带来的晶体缺陷。因此本发明制备的硒化镉薄膜可以很好地应用于制备叠层太阳能电池，并且可应用于大规模量产。
(2)本发明利用高分子结合cu基空穴收集层，利用高分子的惰性特性，减少界面缺陷；利用cu基空穴收集层的高掺杂浓度，实现高质量的pn结，获得高性能的硒化镉薄膜太阳能电池。
附图说明
图1为本发明实施例提供的硒化镉类单晶薄膜制备方法流程图；
图2为本发明实施例提供的硒化镉粉末和硒化镉薄膜的x射线衍射曲线；
图3为本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的太阳能电池的电流-电压曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供的一种硒化镉类单晶薄膜制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
(s1)将导电基底加热至第一预设温度并维持第一预设时间；
(s2)以硒化镉粉末为蒸发源，将蒸发源加热至第二预设温度后，利用快速热蒸发法在导电基底上沉积得到晶体取向单一的硒化镉薄膜。
在一些可选的实施例中，第一预设温度为300～450℃，第二预设温度为800～850℃，以保证制备得到的硒化镉薄膜中，硒化镉晶体具有单一取向。
在一些可选的实施例中，第一预设温度为300～450℃，第一预设时间不少于15min，以制备得到只有<103>取向的硒化镉薄膜。
在一些可选的实施例中，利用快速热蒸发法在导电基底上沉积硒化镉薄膜的蒸发时间为50～100s，以使得所制备的硒化镉薄膜厚度为1～3μm，从而避免因硒化镉薄膜太薄而影响光吸收效率，同时避免因硒化镉薄膜太厚而增大载流子传输损耗，有利于制备高性能的太阳能电池。
在一些可选的实施例中，制备过程中，气压不高于1pa，以能够降低蒸发过程中与气体分子的碰撞而难以沉积在基底上，同时能够防止氧气氧化硒化镉薄膜。
在一些可选的实施例中，第一预设温度为0～300℃，第一预设时间不少于15min，以制备得到只有<002>取向的硒化镉薄膜。
本发明还提供了一种利用上述硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到的硒化镉薄膜。
本发明还提供了一种太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
(t1)获得由上述硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到导电基底及其上沉积的硒化镉薄膜，活化其中的硒化镉薄膜；
(t2)在硒化镉薄膜的表面旋涂一层高分子空穴收集层；
(t3)在高分子空穴收集层的表面旋涂一层cu基空穴收集层；
(t4)在cu基空穴收集层的表面沉积顶电极，从而完成太阳能电池的制备。
在一些可选的实施例中，具体利用cdcl2甲醇溶液活化硒化镉薄膜。
在一些可选的实施例中，高分子空穴收集层的材料为pedot:pss或p3ht，cu基空穴收集层的材料为cui、cu2o或cuscn，顶电极的材料为au或it；高分子层主要用于硒化镉表面钝化，cu基空穴收集层提供cu离子活化硒化镉薄膜，同时也是良好的p型层，与n型硒化镉薄膜形成pn结，这也是硒化镉薄膜太阳能电池成功制备的基本保证。
在一些可选的实施例中，顶电极的材料为au(金)或者ito(掺锡氧化铟)；顶电极材料为au时，au电极的厚度为50～80nm，且该au电极是通过热蒸发法沉积的；顶电极材料为ito时，ito电极的厚度为200～250nm，且该ito电极是通过磁控溅射沉积的。
本发明还提供了一种利用上述太阳能电池制备方法制备得到的太阳能电池。
以下为实施例：
实施例1：
一种硒化镉类单晶薄膜制备方法，包括如下步骤：
(1)用去离子水，丙酮，异丙醇，乙醇和去离子水依次清洗透明导电fto玻璃各三十分钟，再用氮气枪吹干，以获得洁净的导电基底；
(2)利用快速热蒸发的方法制备硒化镉薄膜，制备工艺为，利用硒化镉粉末作为蒸发源，真空度0.5pa，设置基底温度400℃，维持15min，将蒸发源的温度加热至820℃，蒸发时间为100s；
由此所制备的硒化镉薄膜厚度为1～3μm，硒化镉粉末及制备得到的硒化镉薄膜(记为cdse薄膜-1)的x射线衍射分析结果如图2所示，根据图2所示结果可知，本实施例所制备的硒化镉薄膜只有<103>取向。
实施例2：
一种硒化镉薄膜，该硒化镉薄膜为单晶薄膜，且其中的晶体取向为<103>，该硒化镉薄膜由上述实施例1制备得到。
实施例3：
一种硒化镉类单晶薄膜制备方法，包括如下步骤：
(1)用去离子水，丙酮，异丙醇，乙醇和去离子水依次清洗透明导电fto玻璃各三十分钟，再用氮气枪吹干，以获得洁净的导电基底；
(2)利用快速热蒸发的方法制备硒化镉薄膜，制备工艺为，利用硒化镉粉末作为蒸发源，真空度0.5pa，设置基底温度0℃，维持15min，将蒸发源的温度加热至820℃，蒸发时间为100s；
由此所制备的硒化镉薄膜厚度为1～3μm，硒化镉粉末及制备得到的硒化镉薄膜(记为cdse薄膜-2)的x射线衍射分析结果如图2所示，根据图2所示结果可知，本实施例所制备的硒化镉薄膜只有<002>取向。
实施例4：
一种硒化镉薄膜，该硒化镉薄膜为单晶薄膜，且其中的晶体取向为<002>，该硒化镉薄膜由上述实施例3制备得到。
实施例5：
一种太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
(1)用去离子水，丙酮，异丙醇，乙醇和去离子水依次清洗透明导电fto玻璃各三十分钟，再用氮气枪吹干，以获得洁净的导电基底；
(2)利用快速热蒸发的方法制备硒化镉薄膜，制备工艺为，利用硒化镉粉末作为蒸发源，真空度0.5pa，设置基底温度300℃，维持15min，将蒸发源的温度加热至850℃，蒸发时间为30s，x射线衍射分析结果是硒化镉薄膜只有<103>取向；
(3)旋涂pedot高分子层和cui空穴收集层；
(4)蒸镀金属电极后，得到硒化镉类单晶薄膜太阳能电池，其结构如图3所示。
测试所制备的太阳能电池性能，其电流密度-电压曲线如图4所示，其中开路电压voc为0.501mv，短路电流jsc为6.45macm-1，填充因子ff为58.1％。
实施例6：
一种太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
(1)用去离子水，丙酮，异丙醇，乙醇和去离子水依次清洗透明导电fto玻璃各三十分钟，再用氮气枪吹干，以获得洁净的导电基底；
(2)利用快速热蒸发的方法制备硒化镉薄膜，制备工艺为，利用硒化镉粉末作为蒸发源，真空度0.5pa，设置基底温度450℃，维持15min，将蒸发源的温度加热至800℃，蒸发时间为80s，x射线衍射分析结果是硒化镉薄膜只有<103>取向；
(3)旋涂p3ht高分子层和cuscn空穴收集层；
(4)蒸镀ito电极，得到硒化镉类单晶薄膜太阳能电池，其结构如图3所示。
测试所制备的太阳能电池性能，其开路电压voc为0.487mv，短路电流jsc为5.63macm-1，填充因子ff为60.1％。
实施例7：
一种太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
(1)用去离子水，丙酮，异丙醇，乙醇和去离子水依次清洗透明导电fto玻璃各三十分钟，再用氮气枪吹干，以获得洁净的导电基底；
(2)利用快速热蒸发的方法制备硒化镉薄膜，制备工艺为，利用硒化镉粉末作为蒸发源，真空度0.5pa，设置基底温度450℃，维持15min，将蒸发源的温度加热至800℃，蒸发时间为30s，x射线衍射分析结果是硒化镉薄膜只有<103>取向；
(3)旋涂pedot高分子层和cu2o空穴收集层；
(4)蒸镀金属电极，得到硒化镉类单晶薄膜太阳能电池，其结构如图3所示。
测试所制备的太阳能电池性能，其开路电压voc为0.510mv，短路电流jsc为5.90macm-1，填充因子ff为57.7％。
实施例8：
一种太阳能电池，本实施例所提供的太阳能电池由上述实施例5-7中的任一实施例提供的太阳能电池制备方法制备得到，其结构如图3所示，从下至上依次包括：导电基底；n型吸光层；高分子空穴收集层；p型cu基空穴收集层；顶电极；
本实施例中，n型吸光层具体为一层晶体取向单一的cdse薄膜。
应当说明的是，上述各实施例中，各个步骤所采用的制备工艺(如：快速热蒸发、旋涂成膜，还包括热蒸发法沉积金属电极、磁控溅射ito等)，其中涉及的参数、条件等，均可参考本领域的常规设置方法进行设置；其中，快速热蒸发法可采用快速热蒸发管式炉(mti,hefei,china)。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(s1)将导电基底加热至第一预设温度并维持第一预设时间；
(s2)以硒化镉粉末为蒸发源，将所述蒸发源加热至第二预设温度后，利用快速热蒸发法在所述导电基底上沉积得到晶体取向单一的硒化镉薄膜。
2.如权利要求1所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为0～450℃，所述第二预设温度为800～850℃。
3.如权利要求2所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为300～450℃，所述第一预设时间不少于15min。
4.如权利要求3所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，利用快速热蒸发法在所述导电基底上沉积硒化镉薄膜的蒸发时间为50～100s。
5.如权利要求3所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，制备过程中，气压不高于1pa。
6.如权利要求2所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为0～300℃，所述第一预设时间不少于15min。
7.如权利要求1-6任一项所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到的硒化镉薄膜。
8.一种太阳能电池制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(t1)获得由权利要求1-6任一项所述的硒化镉类单晶薄膜制备方法制备得到导电基底及其上沉积的硒化镉薄膜，活化其中的硒化镉薄膜；
(t2)在所述硒化镉薄膜的表面旋涂一层高分子空穴收集层；
(t3)在所述高分子空穴收集层的表面旋涂一层cu基空穴收集层；
(t4)在所述cu基空穴收集层的表面沉积顶电极，从而完成所述太阳能电池的制备。
9.如权利要求8所述的太阳能电池的备方法，其特征在于，所述高分子空穴收集层的材料为pedot:pss或p3ht，所述cu基空穴收集层的材料为cui、cu2o或cuscn，所述顶电极的材料为au或ito。
10.如权利要求8或9所述的太阳能电池制备方法制备得到的太阳能电池。
技术总结