[發明專利]一種全溶液法制備的高效低成本銅銦鎵硒/鈣鈦礦雙結太陽能光電池

有效

• 申請號: 201410280657.8
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104022225A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 錢磊;章婷;楊一行;謝承智;劉德昂;馮宗寶
• 申請（專利權）人: 蘇州瑞晟納米科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
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技術領域

本發明屬于光電子器件領域，涉及到一種新的基于銅銦鎵硒和鈣鈦礦的雙結高效太陽能光電池以及這種光電池的全溶液制備方法。

背景技術

持續增加的能源需求總量,傳統石化能源的枯竭以及由于溫室效應引起的氣候突變都迫使人們加大對新能源的開發。而太陽能則因為其取之不盡,用之不竭和綠色清潔的優勢而成為替代能源的首選。從1954年人們在硅二極管中發現光伏效應以來,昂貴的生產成本一直限制著太陽能的大規模應用,以美國為例,只有不到0.1％的能源來源于太陽能。一方面非真空的溶液法具有可降低生產過程的復雜程度,易于大規模生產，且生產成本低廉的優勢,目前銅銦鎵硒和鈣鈦礦都可以用溶液法來制備高效的太陽能光電池。另一方面如何獲取高效的太陽能電池也是目前光伏技術的難題之一。高電流需要窄帶隙的吸光材料但同時意味著低得開路電壓。反之，則寬帶隙材料給出高的電壓但短路電流很低。加上單結光電池的主要損失機理是高能光子產生的熱電子馳豫帶來的，所有上述的問題都可以通過雙結/多結或者疊層結構來解決。通過疊層的技術科顯著提高光電池的轉換效率，突破33.7％的單結電池效率極值(帶寬為1.4eV時)。目前通過疊層技術，人們已經獲得了高達43.5％的能量轉換效率。這里，我們利用全溶液法來制備雙結太陽能光電池，一方面結合了銅銦鎵硒和鈣鈦礦的高效性能，另一方面由于采用的是全溶液因此為大規模的低成本的制備高性能太陽能光電池提供了可能。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是新型高效銅銦鎵硒/鈣鈦礦雙結太陽能光電池的全溶液制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種新型高效銅銦鎵硒/鈣鈦礦雙結太陽能光電池，其包括：金屬背電極；銅銦鎵硒吸收層；緩沖層，和銅銦鎵硒層形成PN結，起到光生激子分離和電子傳輸的作用；窗口層；中間復合層，包括n型和p型雙層結構；p型傳輸層；鈣鈦礦吸收層；n型傳輸層；透明導電襯底。

優選的，所述金屬背電極選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻,鉬中的一種或多種但不局限于此，厚度在20-2000納米之間。

優選的，所述CIGS活性層通過溶液法制作在導電襯底上，厚度為0.1-10微米，最后在200-1000度的環境下高溫退火形成CIGS的連續膜。

優選的，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法,糟模法。

優選的，緩沖層采用CBD，溶膠凝膠或者納米溶液的方法在CIGS活性層上制備硫化鎘，硫化鋅，硫化銦等n型半導體材料的一種或者多種但不局限于此，形成pn結，厚度為10-200納米，使光生激子解離和輸出。

優選的，所述窗口層采用將氧化鋅納米顆粒或者溶膠-凝膠溶液制作在n型半導體襯底上，厚度為10-1000納米，最后在20-1000度的環境下高溫退火，形成致密的ZnO薄膜。

優選的，所述中間復合層的材料采用噴涂/旋涂/打印法將n型和p型半導體材料制備襯底上，其中n型材料選用LiF,CsCO3,CsF，氧化鋅，氧化鈦等但不限于此，厚度為1-100納米，p型材料選用PEDOT，NiO,V2O5,MoO3和WO3等但不限于此，厚度為1-100納米。

優選的，其選用p型傳輸材料，厚度在20-200nm之間，為氧化鉬、p型氧化鋅和氧化鈦，以及p型聚合物，比如poly-TPD，PVK,MEHPPV,TFB,PEDOT和它們的衍生物等和p型小分子材料，比如TPD，NPB和它們的衍生物等但不局限于此。

優選的，其鈣鈦礦由CH3NH3Cl3-xIx和碘化鉛，氯化鉛，碘化錫，氯化錫混合加熱生成，或者兩步旋涂法在位反應生成但不局限于此，所用溫度在50-200度，厚度在20-2000納米。

優選的，其選用n型傳輸材料，厚度在20－200nm之間，為氧化鋅和氧化鈦，硫化鎘，硫化鋅等n型半導體，以及n型聚合物，比如F8BT，PCBM和它們的衍生物等和n型小分子材料，比如ALQ，BCP，C60，C70和它們的衍生物等，以及前述電子傳輸材料的雙層或者復合結構但不局限于此。

優選的，透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜但不局限于此，厚度在20-2000納米之間。