[發明專利]一種氧化亞銅基多疊層異質結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610316088.7
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105762219B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 臧志剛;魏靖;葉穎;唐孝生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/032;H01L31/0328
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種太陽能電池及其制備方法，具體涉及一種氧化亞銅基多疊層異質結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

作為重要的光電轉換材料之一的氧化亞銅，是一種p型半導體材料，具有高的吸收系數(10⁴/cm)、原材料豐富、無毒、成本低的特點。其帶隙寬度為2.1eV，可直接利用太陽光中波長為400～800nm的可見光，激發出光生電子–空穴對，產生光—電轉換效應。因其太陽能電池的理論光電轉換效率高達20％而受到業界人員的廣泛關注，通過摻雜引入合適的中間帶(intermediate band)后，其光電轉換效率的理論極限可認為是第三代薄膜太陽能電池的新型重要材料之一。

2010年，美國普渡大學K.S.Choi等人通過電沉積法制備了n型Cu₂O，與p型Cu₂O形成了同質結Cu₂O電池，由于p層和n層的電阻率都很高，導致其效率只有0.29％。到目前為止，通過n型摻雜來獲得Cu₂O同質結電池的努力并不成功。Cu₂O作為天然的p型材料，很適合與ZnO等其它寬帶隙的n型材料形成多疊層的p-n結結構。因此，構建Cu₂O異質結類型器件是提高其光電轉換效率的主要途徑之一。研究表明，ZnO和Cu₂O形成異質結的導帶能級之差較小，已引起廣泛關注。2006年，意大利國家能源發展局A.Mittiga等人制備的Cu2O/ZnO的異質結電池，電池轉換效率為2％。2013年，臧志剛等人通過對氮摻雜的Cu₂O薄膜與ZnO薄膜組裝的電池轉換效率有所提高。同年，日本金澤工業大學的T.Minami教授制備了AlZnO/ZnO/Cu₂O多層異質結太陽能電池，以AlZnO為透明電極,實現了4.12％的轉換效率。2014,日本本金澤工業大學的T.Minami教授引入n-型中間層Ga₂O₃，制備了AlZnO/Ga₂O₃/Cu₂O電池結構，Ga₂O₃有助于減少界面的缺陷能級和能級之間的不匹配性，將電池轉換效率提高到了5.53％，是目前報道的Cu₂O太陽能電池效率最高的。然而，這個數值與其理論值20％還相差甚遠。這么低的效率主要是由于Cu₂O薄膜的電阻率太高，沒有使電子和空穴在很短時間內分離。另外，異質結界面質量差，缺陷太多，還沒有尋找到一種最佳的異質結復合材料，憑借不同種材料導帶、價帶之間的能級差使電子和空穴有效分離。

量子點材料具有多激子產生效應，用于太陽能電池，可以提高光子利用率，有利于效率的提高，像CdS量子點材料。但是Cd是致癌元素，一定程度上限制了其產業化的應用。所以選用一種合適的量子點材料與異質結復合材料進行協作運用以提高太陽能電池的光電轉換效率是本領域技術人員一直潛心研究的課題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于針對現有氧化亞銅基太陽能電池制備技術的不足，設計了一種提高氧化亞銅基多疊層光電轉換效率的太陽能電池及其制備方法。

為達到上述目的，本發明提供了如下技術方案：

1、一種氧化亞銅基多疊層異質結太陽能電池，所述電池包括：玻璃襯底；N-Na共摻雜Cu₂O薄膜層，形成在所述玻璃襯底的一面；AgInZnS量子點層，形成在所述N-Na共摻雜Cu₂O薄膜層上；ZnO透明層，形成在所述AgInZnS量子點層上；陰陽兩極，陰極位于所述ZnO透明層上，陽極位于所述N-Na共摻雜Cu₂O薄膜層上。

進一步，所述陰陽電極均由金屬Au構成。

更進一步，所述陰陽電極均為柵網狀，柵極間距為0.5mm。

進一步，所述陰極材料為鋁摻雜氧化鋅，所述陽極材料材料為石墨烯。

進一步，所述N-Na共摻雜Cu₂O薄膜層厚度為750nm～850nm，所述AgInZnS量子點層厚度為200～300nm，所述ZnO透明層透明層為200～250nm。

2、所述一種氧化亞銅基多疊層異質結太陽能電池的制備方法，步驟如下：

1)清洗基底：依次采用紫外臭氧、丙酮、乙醇、去離子水清洗，再用氮氣槍吹干；