[發(fā)明專利]一種MoO3/MoS2/LiF柔性異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610908370.4
• 申請(qǐng)日: 2016-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN106409935B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾祥斌;李寒劍;徐素娥;郭富城;陳曉曉;王文照;丁佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/032
• 分類號(hào): H01L31/032;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11254
• 代理人: 郝學(xué)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柔性太陽(yáng)能電池及其制備方法，既屬于柔性薄膜材料與器件領(lǐng)域，也屬于新能源材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今社會(huì)，能源危機(jī)和環(huán)境污染成為人類面臨的兩大難題，太陽(yáng)能作為理想的可再生能源受到了許多國(guó)家的重視。對(duì)于太陽(yáng)能電池來說，較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的生產(chǎn)成本是兩個(gè)最為關(guān)鍵的研發(fā)目標(biāo)。目前，硅是最常用的太陽(yáng)能電池材料，制備的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)也相對(duì)成熟，但由于制備成本居高不下，亟待尋找一種新型低成本高效率半導(dǎo)體材料和電池。

二硫化鉬MoS₂是一種儲(chǔ)量豐富的天然礦物，價(jià)格低廉，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，且有類似于石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)；在可見光范圍具有寬的帶隙且?guī)犊烧{(diào)的物理性質(zhì)、較高的載流子遷移率等特點(diǎn)，非常適合做成太陽(yáng)能電池。三氧化鉬MoO₃和氟化鋰LiF被廣泛地應(yīng)用于有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中作為空穴傳輸層和電子傳輸層，MoO₃能有效地傳輸空穴到陽(yáng)極并且阻擋電子向陽(yáng)極傳輸，而LiF不僅能有助于電子的傳輸，還能對(duì)電子空穴激發(fā)層形成保護(hù)。

本專利提出了一種基于MoO₃、LiF薄膜及MoS₂、石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的新型柔性異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，采用簡(jiǎn)單的制備方法，可以制備出性能優(yōu)越價(jià)格低廉且應(yīng)用廣泛的柔性電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的問題在于提供一種MoO₃/MoS₂/LiF柔性異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池和制備方法，本發(fā)明電池的結(jié)構(gòu)為：聚酰亞胺柔性襯底/Al背極/MoO₃空穴傳輸層/MoS₂電子空穴激發(fā)層/LiF電子傳輸層/石墨烯透明導(dǎo)電層/Al柵極，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的有效轉(zhuǎn)換。相對(duì)于MoS₂/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，本發(fā)明完全取代硅材料且無需繁瑣工藝進(jìn)行摻雜，具有簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝和更低的制備成本且具有更易開發(fā)應(yīng)用的柔性特點(diǎn)；相對(duì)于有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池，本發(fā)明是以具有直接帶隙和良好光吸收范圍的二維層狀無機(jī)MoS₂層作為電子空穴激發(fā)層的無機(jī)太陽(yáng)能電池，更加穩(wěn)定高效，壽命更長(zhǎng)，易于制備和開發(fā)應(yīng)用。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種MoO₃/MoS₂/LiF柔性異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，包括柔性襯底、金屬背極、空穴傳輸層、無機(jī)電子空穴激發(fā)層、電子傳輸層、透明導(dǎo)電層、金屬柵極，其中，所述無機(jī)電子空穴激發(fā)層為MoS₂。

進(jìn)一步的，所述的空穴傳輸層為MoO₃，所述電子傳輸層為L(zhǎng)iF。

進(jìn)一步的，所述的柔性襯底為聚酰亞胺，所述的透明導(dǎo)電層是石墨烯。

進(jìn)一步的，所屬的金屬背極是Al或Ag，金屬柵極是Al或Ag。

進(jìn)一步的，所述金屬Al背極厚度為 50-100 nm；MoO₃層厚度為10-80 nm；MoS₂層厚度0.65-1.5 nm；LiF層厚度為1.5-5 nm；石墨烯層厚度為 0.5-2 nm；Al柵極層厚度為50-100 nm。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種MoO₃/MoS₂/LiF柔性異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)清洗柔性襯底并烘干；

(2)用真空鍍膜機(jī)采用熱蒸發(fā)的方式在柔性襯底上蒸鍍Al薄膜；

(3)制備MoO₃溶液，并用勻膠機(jī)旋涂在蒸有Al膜的柔性襯底上；

(4)在臥式管式爐中，CVD法原位硫化生成MoS₂層同時(shí)對(duì)MoO₃層進(jìn)行退火，在MoO₃層上方形成MoS₂電子空穴激發(fā)層；

(5)真空鍍膜機(jī)采用熱蒸發(fā)的方式在MoS₂層上蒸鍍LiF電子傳輸層；

(6)在LiF電子傳輸層上方利用勻膠機(jī)采用旋涂的方法形成石墨烯透明導(dǎo)電層；

(7)真空鍍膜機(jī)采用熱蒸發(fā)的方式在石墨烯透明導(dǎo)電層上方用掩模版蒸鍍形成柵電極。

進(jìn)一步的，制備溶液法MoO₃并旋涂至蒸有Al膜的柔性襯底形成MoO₃層的流程為：