太陽能電池制備工藝中網狀硫化銻薄膜制備與應用探究

席喬悅

（廣東省國際工程咨詢有限公司，廣東廣州 510060）

關于網狀硫化銻薄膜的制備，通常會應用專業的化學方法作為支持。制備工作開展過程中，具體的流程控制、制備過程中的外部環境因素等，都是取得理想制備效果的重要條件。在實踐應用中，由于水熱法的操作便捷性更強，所耗費的成本更低。因此，水熱法成為優先選擇的工藝流程。作為具體進行操作實踐的工作人員，應當對不同原材料的化學性質和化學反應的整體過程，做到全面了解，并且嚴格執行制備流程，確保制備工作的質量達到預期要求。

1 網狀硫化銻薄膜的制備分析

在太陽能電池的應用過程中，網狀硫化銻薄膜作為重要的半導體材料，不僅安全無毒，還具有良好的應用穩定性。從網狀硫化銻的應用功能上來講，這種類型的薄膜能夠提升太陽能電池的光電轉換效率，最高可達到30%以上。因此，現階段網狀硫化銻薄膜成為太陽能電池制備中廣泛應用的典型原材料。

1.1 前期準備工作分析

納米級別的網狀硫化銻可直接從ITO導電玻璃的襯底區域獲得。所獲得的薄膜表面電阻值為7Ω，透射率大約達到77%。襯底的尺寸為30mm×15mm×1.1mm。實驗操作前，要提前準備上述基礎工具和原材料，并且保證原材料的規格符合標準要求。

1.2 制備實驗過程分析

制備實驗的過程關系到實驗的結果和實驗是否能夠順利推進。因此，針對實驗過程的基本流程進行確認，并確認實驗過程的推進流程，是取得更好的制備工作效果的重要條件。具體來說，制備實驗的過程包括以下幾部分要點。

1）對ITO導電玻璃主體進行超聲波處理[1]。處理過程中，應用到的原材料包括丙酮，乙醇，蒸餾水，分別將這三種原材料用超聲方式清洗。清洗時間持續30min，清洗完成后進一步進行烘干操作。

2）將ITO主體面向下進行傾斜，放置傾斜在50mL高壓反應釜聚四氟乙烯的內襯中進行待用。

3）選取0.4M的酒石酸銻鉀溶于30mL的去離子水中。隨后，用磁力棒持續攪拌15min，在溶液溶解后加入0.2g的PVP-K30繼續攪拌，持續15min。繼續觀察溶解狀態。

4）在混合溶液中加入0.8M的TAA攪拌。攪拌時間設置為35min。

5）將酒石酸銻鉀以及PVP與TAA的混合物導入ITO襯底的聚四氟乙烯內襯中，隨后將反應釜內襯進行密封，放入烘箱中，設置180℃的溫度進行恒溫加熱[2]。加熱持續時間24h，反應完成后，靜置冷卻至室溫水平。

6）將反應釜打開，取出ITO，用去離子水進行沖洗。這時，可得到顏色為棕褐色的納米級硫化銻薄膜。下圖1為網狀硫化銻薄膜制備流程圖。

圖1 網狀硫化銻薄膜制備流程圖

2 PbS薄膜制備流程分析

此類薄膜的制備主要是為了給網狀硫化銻薄膜制備表面生長的納米級薄膜。在具體的制備工作落實中，溶液配置環節是薄膜制備的關鍵要點。具體來說，溶液配置流程包括以下幾部分內容。

1）配制溶液類型包括醋酸鉛水溶液和三乙醇胺水溶液。配制過程中，要求溶液配置量達到25mL，溶液配制單位分別為0.05M和0.08M。隨后，分別倒入25mL0.2M的氫氧化鈉水溶液，用磁力棒進行攪拌，攪拌時長持續1h。隨后得到澄清狀態的水溶液[3]。

2）加入硫脲水溶液。加入規格為0.12M，加入總量為25mL。加入完成后，用磁力棒攪拌3min，促進溶液溶解。將已經完成的薄膜ITO襯底用豎直方向懸掛的方式，懸掛在廣口瓶的中間位置。隨后，再繼續將配制好的混合溶液倒入廣口瓶中。

3）放入廣口瓶后，將溶液進行密封處理。隨后，置入溫度水平達到70℃的水中進行水浴，具體水浴設備為熱恒溫加熱器。放置持續時間30min，發生水熱化反應。反應完成后，靜置冷卻至室溫，取出。

4）這時，即完成了PbS薄膜與硫化銻薄膜的合成，得到復合薄膜。為了防止襯底背面的薄膜結構對光的吸收效果產生不良影響，需要通過應用稀鹽酸對面薄膜進行擦拭。并同步用離子水進行沖洗，避免殘留的化學試劑對薄膜表面造成污染。

5）將清洗完成的薄膜放入烘干箱中，將溫度設置在260℃的水平，選擇N2氣氛圍進行退火處理，退火時長，維持30min。退火完成后，即得到表面分布均勻的合成薄膜，圖2為合成薄膜結構示意圖。

圖2 復合薄膜制備示意圖

3 復合薄膜太陽能電池的組裝分析

太陽能電池的組裝在實踐中，也需要以科學的流程為指導。具體來說，在制作完復合薄膜后，太陽能電池組裝的流程要點，包括以下幾部分內容。

1）應用離子濺射儀在復合薄膜的表面進行Au材料的濺射操作。進行濺射操作時，需要保持均衡性，并且考慮效率問題。濺射完成后，將其作為背電極進行應用。關于背電極的面積，主要取決于掩膜的面積。在本文探討的實驗中，面積設置為3mm×3mm。

2）在背電極表面涂上銀漿，用銅絲引出電極。

3）將樣品放入烘干箱中繼續加熱，這時，銀漿會被有效固化。在電池發揮作用的過程中，當光能照射后，光可從ITO表面照射，再經過薄膜結構被吸收。下圖3為復合薄膜電池結構示意圖。

圖3 復合薄膜電池結構示意圖

4 網狀硫化銻薄膜實踐應用中的影響因素分析

4.1 物相維度分析

在獲得樣品后，應用X射線衍射的方式進行檢測操作，檢驗晶相。隨著時間的推移，在固定的溫度水平下，硫化銻薄膜的X2D衍射狀態具有非常典型的趨勢變化特征。且通過對材料實物的觀察可知，在ITO玻璃被深棕色的硫化梯薄膜材料覆蓋時，并未發現玻璃現象的出現。其與 ITO玻璃緊密結合。而在關于衍射峰的檢測中。也未檢測到Sb單質的衍射峰。在其余的檢測結果中，均顯示衍射峰與硫化銻的標準卡片要求數據相匹配。在不同的溫度點內，衍射峰會出現一定程度的增大趨勢。在進一步的分析中，為了明確反映溫度和時間因素對薄膜物相的影響，還需要通過設定固定的溫度水平以及不同的反應時間進行XRD表征的觀察。通過觀察可知，當反應溫度設置為180℃時，水熱反應的時間設置為12h，這時，薄膜的XRD圖譜中的衍射峰呈現出雜亂無章的狀態。振動峰位的顯著性也有所不足。而隨著反應溫度的提升，樣品的衍射峰振動強度也會呈現出增強的整體趨勢。經過測試觀察可知，隨著反應的時間在12h或高于12h區間范圍內時，薄膜呈現出無定型非晶狀態。當反應時間增長至16h時，隨著反應時間的增長，衍射峰的振動強度也同步增強。這時，反應溫度達到200℃，反應持續時間為16h。最終所得到的樣品衍射峰較之180℃溫度水平下的16～30h的反應峰值更加明顯。這非常顯著地提示了溫度對薄膜結構結晶程度的影響。溫度的增加會提升薄膜結構的結晶程度。

4.2 形貌維度分析

在這部分分析工作的落實中，需要利用場發射掃描電子顯微鏡，對樣品的形態結構進行直觀的觀察。在觀察形貌時，需要對溫度指標以及反應時間進行基礎設定。隨后，會得到薄膜正面和截面的SEM圖形。通過對圖像的觀察分析可知，在蜂窩之間的網壁厚度數值方面。數值范圍最大達到了80nm，最小為50nm。通過對圖像的觀察可知，在互聯網絡中均勻密集的分布狀態是復合薄膜的常規分布狀態。并且分布狀態的穩定性相對更好，未出現裂開或脫離襯底的現象，薄膜厚度達到了360nm。關于反應時間對薄膜形貌的影響，其主要趨勢如下。

在溫度水平相同的情況下，不同的生長時間得到的薄膜SEM測試結果有所不同。例如，在反應時間持續2h時，可觀察到反應樣品表面沉積了多個納米顆粒，納米顆粒的分布狀態為隨機分布，最大粒徑為50nm。當水熱反應持續到4h時，樣品的SEM圖顯示出顆粒之間的團聚現象更為顯著。并且從顆粒表面產生了一些網狀結構，進一步拉長反應時間，可繼續觀察到襯底表面的納米顆粒有顯著減少的趨勢。而襯底大部分的位置被蜂窩結構和網狀結構覆蓋，若將反應時間繼續拉長至12h，則身體表面的納米顆粒會逐漸消失，被網狀結構完全覆蓋。進一步拉長反應時間，可進一步觀察到襯底上的網狀結構呈現出均勻且致密的分布狀態。蜂窩壁厚度也保持在穩定的水平。厚度指標達到20nm。當水熱反應的時間持續到24h，并進一步延長至30h時，網絡的外壁結構會進一步增厚，但整個的網狀分布形態不發生顯著的變化。由此可見，時間對于網狀結構的形態分布會產生非常重要的影響，隨著時間的拉長，網狀結構的中度狀態也會隨之發生變化。綜合分析可知，在發生水熱反應時，時間指標不僅會對網站結構直接造成影響，還會對薄膜的厚度同步產生影響。不同的反應時間所得到的薄膜厚度，也可進一步繪制成折線圖，對圖形進行分析可知，反應時間的增大與薄膜厚度的增大在一定程度上呈現正比關系。

5 PVP對薄膜的影響分析

表面活性劑在溶液中的作用在于定向排列，能夠通過吸附物質表面的特性，在制備納米結構時發揮作用。PVP就屬于一種非離子型高分子化合物。在本文研究的薄膜網狀結構形成的過程中，也產生著非常重要的影響。通過觀察可知，若PVP不參與整體的反應，薄膜會顯示出擇優取向生長的狀態，形貌也會由于擇優的選擇方式產生顯著的差異。這時的網狀結構表面缺乏均勻性，局部會呈現出樹狀的納米結構和粒子團聚現象。進一步分析可知，當PVP的劑量進一步增加，分別按照0.40.6和0.8的用量進行融合應用后，薄膜表面的形貌也會進一步發生變化，網狀結構的均勻性相對更進一步的增強。從基本性質上來講，PVP屬于陽離子表面活性劑，在反應體系中，這種分子會產生空間位阻效應，使得納米粒子之間的碰撞概率進一步減小，這會同步減小納米顆粒的表面能對本文探討的網狀硫化銻薄膜產生阻礙作用，主要阻礙晶核的取向生長并且控制生長速度。

6 結束語

通過本文的分析可知，太陽能電池制備的過程中，硫化銻薄膜屬于典型的基礎原材料。薄膜的制備需要考慮溫度因素與時間因素的影響。在具體的太陽能電池制備過程中，不僅要嚴格按照制備操作流程進行實踐操作，更應當時間與溫度對薄膜狀態的影響進行合理分析，提升電池制作的可靠性和安全性，確保太陽能電池的性能發揮效果達到預期的要求。