[發明專利]一種柔性疊層太陽電池及制備方法

有效

• 申請號: 201511014726.1
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105470338B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 姚聰;喬在祥;趙彥民;趙岳;申緒男
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明涉及太陽電池技術領域，特別是涉及一種柔性疊層太陽電池及制備方法。

背景技術

近年來，由于化石燃料的日趨枯竭，造成能源形勢日益緊張。加之與日俱增的化石燃料燃燒所造成的環境污染，對地球生態平衡和人類的生存帶來嚴重的危害。開發可再生新能源已經成為一個世界性的課題。光伏發電是一種零排放的清潔能源，也是一種能夠大規模應用的現實能源，可進行獨立發電和并網發電，是各種可再生能源中的首選。

總體而言太陽能電池技術的發展可以概分為三代：第一代是以單晶硅為代表的單晶型光伏電池；第二代則是以碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒化物(CIGS)為代表的無機薄膜太陽電池；第三代是基于納米技術和新材料的新型太陽電池(包括有機薄膜太陽電池(OPV)、染料敏化太陽電池(DSSC)、鈣鈦礦太陽電池(PSC)等)。第一、第二代太陽電池的工藝已經比較成熟，其電池效率均已超過15％，并實現了商業化生產。第三代太陽電池技術具有能耗少、原料廣泛、環境友好、成本低等優點顯示出了極富潛力的應用和發展前景。

目前，由鈣鈦礦相有機金屬鹵化物制備的鈣鈦礦太陽電池的實驗室效率已突破20％，具有很高的產業化前景。同時，第三代太陽電池中的銅銦鎵硒太陽電池已有商業化運營，其實驗室效率也已經超過20％。通過疊層技術將銅銦鎵硒和鈣鈦礦材料制成太陽電池可以提高光譜吸收范圍，顯著提高太陽電池的轉換效率。于液相法制備銅銦鎵硒薄膜相比，使用真空蒸鍍法制備薄膜可以有效優化薄膜形貌，提高電池轉化效率；與使用玻璃作為襯底的太陽電池相比，柔性太陽電池可以使用roll-to-roll工藝大規模生產降低生產成本，有益于商業化運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種輕質高效、可大批量生產的柔性疊層太陽電池及制備方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種柔性疊層太陽電池，至少包括：

透明襯底層(1)，所述透明襯底層(1)為帶有納鈣玻璃或者柔性襯底的聚酰亞胺膜；其中聚酰亞胺膜的厚度范圍是25μm～100μm；

在所述透明襯底層(1)上表面為背電極層(2)，所述背電極層(2)的厚度范圍是100nm～1000nm；

在所述背電極層(2)的上表面為銅銦鎵硒活性層(3)，所述銅銦鎵硒活性層(3)的厚度范圍是1μm～3μm；

在所述銅銦鎵硒活性層(3)的上表面為CdS緩沖層(4)，所述CdS緩沖層(4)的厚度范圍是30nm～100nm；

在所述CdS緩沖層(4)的上表面為窗口層(5)，所述窗口層(5)的厚度范圍是100nm～500nm；

在所述窗口層(5)的上表面為中間層(6)，當所述中間層(6)為n型LiF，CsCO₃，C₆H₅COOLi，ZnO中的一種時，中間層(6)的厚度范圍為10nm～120nm；當所述中間層(6)為p型氧化鉬、MEH-PPV、PEDOT中的一種時，中間層(6)的厚度范圍為30nm～150nm；

在所述中間層(6)的上表面為電子傳輸層(7)，所述電子傳輸層(7)為TiO2，ZnO，Al₂O₃、SiO₂中的一種，所述電子傳輸層(7)的厚度范圍為50nm～300nm；

在所述電子傳輸層(7)的上表面為鈣鈦礦吸收層(8)，所述鈣鈦礦吸收層(8)的厚度范圍為100nm～1000nm；

在所述鈣鈦礦吸收層(8)的上表面為空穴傳輸層(9)，所述空穴傳輸層(9)的厚度范圍為100nm～1000nm；

在所述空穴傳輸層(9)的上表面為電極(10)。

進一步：所述背電極層(2)的材料為鉬、鎳、鋁、金、銀、銅、鈦中的一種。

更進一步：所述窗口層(5)的材料為i-ZnO、ZnO-Al、ITO中的一種。

一種柔性疊層太陽電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟101、清潔聚酰亞胺膜表面：

使用等離子體反濺刻蝕機，工作壓強為0.3Pa，濺射功率為0.2kw，通過Ar對聚酰亞胺膜進行刻蝕清潔；清潔完成后剪裁至3cm*3cm的正方形；

步驟102、濺背電極層(2)：

選擇鉬、鎳、鋁、金、銀、銅、鈦中的一種，使用直流濺射，靶材純度為99.99％，功率為0.6kw，工作壓強為1.0Pa；濺射兩層，其中第一層厚度為100nm，第二層厚度為400nm；

步驟103、蒸鍍銅銦鎵硒活性層(3)：