[發明專利]一種以硫化鎘作為窗口材料的鈣鈦礦薄膜太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201711302842.2
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107871820A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 羅云榮;陳國柱;羊億;李昭萍;張晶;楊紅;李曼殊
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬新能源領域，具體涉及一種以硫化鎘作為窗口材料的鈣鈦礦薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著社會的不斷發展、人民生活水平的不斷提高，對能源的需求也在不斷增加，但同時，煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，國際社會經濟發展受到能源問題的影響程度不斷加深，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，為經濟的發展尋求新的動力。太陽能電池就是很好的光電轉換器件，到目前為止，硅太陽能電池的發展最為成熟，在大規模應用和工業生產中一直占據主導地位，但由于硅成本太高，大幅度降低其成本很困難，尋找新的低成本高效穩定的太陽能電池一直是科研工作者的追求目標。

薄膜太陽能電池的出現激發了科研工作者的研究熱情，研究人員相繼開發了很多薄膜太陽能電池，如銅銦鎵硒薄膜太陽能電池、碲化鎘薄膜太陽能電池、石墨烯太陽能電池等等。石墨烯因其具有獨特的性質，近年來一直是科研人員研究的熱點，它是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最好的一種新型納米材料。在室溫下，其載流子遷移率約為15000cm²/v^-s，超過硅材料的10倍。光吸收方面，石墨烯在較寬波長范圍內吸收率約為2.3%，幾乎是完全透明的。并且，石墨烯具有超疏水性，其結構非常致密，即使是最小的氣體原子也無法穿透。此外，碲化鎘薄膜太陽能電池其產業化技術也已經比較成熟，其窗口層材料硫化鎘是一種重要的直接帶隙半導體材料，低電阻，無放射性，禁帶寬度在2.42eV左右，吸收系數較高，為10⁴~10⁵ cm^-1，并且，硫化鎘作為電子選擇接觸層能夠極大地提高異質結太陽能電池的光電轉換效率。

近來，一種基于鈣鈦礦結構的CH₃NH₃PbX₃(X代表鹵族元素）材料的太陽能電池引起了全世界的關注。鈣鈦礦是一種價格低廉，具有近乎完美的結晶度，制備工藝簡單以及具有適合制作太陽能電池材料的最佳禁帶寬度等特點。現有研究表明，在一個非平衡的生長條件下，可以制備出N型鈣鈦礦，但是通過摻雜獲得N型鈣鈦礦是非常困難的，這主要是由于中性缺陷的形成和內在點缺陷的補償；對于制備P型鈣鈦礦，可以通過摻雜IA族，IB族或VIA族元素，例如Rb、Cu、Na等，這在很大程度上拓展了鈣鈦礦材料在太陽能電池中的應用范圍。經過短短幾年的研究，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率迅速從3.8%提升到了22%以上。盡管如此，仍然有一些技術瓶頸制約鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展，如鈣鈦礦太陽能電池的穩定性問題、光電轉換效率還不能適應高能源需求的現代社會等等。

發明內容

為了進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和光電轉化效率，本發明提供了一種以硫化鎘作為窗口材料的鈣鈦礦薄膜太陽能電池及其制備方法，其特征在于，所述太陽能電池的結構從下至上依次為：透明導電襯底、N型硫化鎘薄膜、P型鈣鈦礦薄膜、P型重摻雜石墨烯薄膜、金屬電極。所述透明導電襯底為FTO導電玻璃或ITO導電玻璃或ZTO導電玻璃或石墨烯；所述太陽能電池制備過程包括以下步驟：首先，在透明導電襯底上利用化學氣相沉淀法或溶膠凝膠法或微波水熱法沉積N型硫化鎘薄膜；然后，在N型硫化鎘薄膜上利用溶液-氣相沉淀法或一步溶液法或兩步連續沉積法或蒸發法沉積P型鈣鈦礦薄膜；接著，在P型鈣鈦礦薄膜上利用旋涂法或電泳法或化學氣相沉淀法沉積P型重摻雜石墨烯薄膜；最后，在P型重摻雜石墨烯薄膜和透明導電襯底上利用絲網印刷法或蒸鍍法分別沉積金屬正面和背面電極，即制得所述的鈣鈦礦薄膜太陽能電池。本發明的優點在于：一方面，利用硫化鎘良好的窗口效應，并作為電子選擇接觸層能夠極大地提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率；另一方面，重摻雜石墨烯具有高載流子遷移率和電導率，其致密的結構特點能夠有效地阻止鈣鈦礦薄膜被空氣中的水氧降解，并阻隔金屬電極向鈣鈦礦薄膜的有害擴散，極大地提高了傳統鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和光電轉換效率。

附圖說明

附圖1是本發明提供的一種以硫化鎘作為窗口材料的鈣鈦礦薄膜太陽能電池的層結構示意圖。

附圖1標號說明：

1—透明導電襯底；

2—N型硫化鎘薄膜；

3—P型鈣鈦礦薄膜；

4—P重摻雜石墨烯薄膜；

5—金屬電極。

具體實施方式

下面結合附圖1和具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明內容不僅限于實施例中涉及的內容。