[發明專利]基于Zn1?xCdxS固溶薄膜的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610383663.5
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN106025072B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 劉江;廖成;梅軍;葉勤燕;何緒林
• 申請（專利權）人: 中物院成都科學技術發展中心
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 四川力久律師事務所51221
• 代理人: 王蕓,熊曉果

技術領域

本發明屬于綠色能源技術領域，涉及以有機-無機雜化鈣鈦礦材料為基礎的太陽能電池，尤其涉及一種Zn_1-xCd_xS固溶薄膜的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能光伏技術是綠色能源的重要組成部分，在當前各個種類的太陽能電池中，鈣鈦礦型太陽能電池以其高吸光度、高載流子遷移率、成本低廉、工藝簡單等優異特點，受到眾多科研人員的關注，并被認為是極具發展前景的新型光伏電池。目前鈣鈦礦型光伏電池的轉換效率已達20％以上，已經達到商業硅電池同等水平。

目前鈣鈦礦型太陽能電池主要采用兩種結構，一種是基于TiO₂的平面或多孔結構，另一種是基于PEDOT:PSS與PCBM等有機電荷傳輸層的平面結構。其中，基于TiO₂結構的鈣鈦礦電池需要一個高溫退火結晶的工藝流程，退火流程耗能高、工藝繁瑣，這些仍然制約著鈣鈦礦型太陽電池的大面積應用。

發明內容

為了解決背景技術中鈣鈦礦型太陽能電池制備工藝復雜、電荷傳輸層成本高的問題，本發明提供一種基于Zn_1-xCd_xS固溶薄膜的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。本發明的鈣鈦礦太陽能電池具有工藝簡單，光電轉化效率高的優點，具有巨大的產業應用潛力。

具體來說，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供一種基于Zn_1-xCd_xS固溶薄膜的鈣鈦礦太陽能電池，其結構包括基底層(1)，和在基底層(1)上依次設置的：透明導電層(2)、電子傳輸層Zn_1-xCd_xS層(3)、鈣鈦礦層 (4)、空穴傳輸層(5)和金屬電極層(6)。

本發明的鋅鎘硫固溶薄膜層設置在鈣鈦礦層上，作為電子傳輸層，充分結合硫化鎘和硫化鋅的特性，能夠發揮出優良的電能導通的作用，使得本發明的太陽能電池光電轉化效率更佳。因為，單純的CdS薄膜禁帶寬度約為2.4eV，導致其在可見光的透光度并不理想；單純的ZnS薄膜的禁帶寬度約為3.7eV，屬于寬帶隙的半導體材料，可見光透光度高，但與鈣鈦礦導帶能級匹配不好。而Zn_1-xCd_xS固溶薄膜可以兼具CdS和ZnS薄膜的特性，可在透光性能和與鈣鈦礦吸收層能級匹配等方面獲得最優的整體光電性能。Zn_1-xCd_xS固溶薄膜表面平整、遷移率高、制備工藝溫度低，可以替代現有需要高溫(>450℃)燒結的TiO₂電子傳輸層，降低鈣鈦礦太陽能電池的制備能耗，對鈣鈦礦太陽能電池的推廣應用有著重要的意義。

進一步，所述基底層(1)的材料為滿足耐溫在120℃以上且具有良好透光性的平整材料。優選為玻璃、聚酰亞胺或聚酯薄膜。所述聚酯薄膜(PET)是以聚對苯二甲酸乙二醇酯為原料的高分子塑料薄膜。此處所述的薄膜屬于本領域技術人員對于聚酯膜產品的常規叫法，并不限定基厚度，應當理解成任意符合制備太陽能電池需要的PET膜均屬于所述薄膜概念內的產品。這些材料滿足耐溫和透光性能的要求，且表面平整可用作本發明的電池基底。優先的，基底的材料是玻璃，玻璃具有易獲得，成本低，穩定性好的優點。所述良好透光的平整材料是指透光率大于60％的材料，優選大于80％，更優選大于90％，最好是透光率大于92％。

進一步，所述透明導電層(2)的材料為氧化銦錫(ITO)和摻氟氧化錫(FTO)中的一種或兩種。當采用ITO和FTO兩種作為透明導電層時，可以采用現有技術中的任意一種方法將兩者混合制備復合材料的導電層(2)。采用氧化銦錫或摻氟氧化錫具有透光率高，電阻低的特性，可使更多光照到達吸收層，并降低電池的串聯電阻，提高太陽能電池輸出功率系數。

進一步，所述電子傳輸層Zn_1-xCd_xS層(3)的厚度為30-500nm。