[發明專利]多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法

在審

• 申請號: 201811399887.0
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN111211223A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 劉崗;吳亭亭;甄超;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及太陽能光伏電池領域，具體為一種多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法。利用模板輔助方法在透明導電基體上制備n型(或p型)氧化物多孔單晶陣列薄膜，通過高溫晶化、擴孔等一系列處理后，利用電化學沉積方法在n型(或p型)氧化物多孔單晶陣列薄膜基底上沉積p型(或n型)氧化物薄膜，得到多孔單晶嵌套的全氧化物p?n結，最后在表面蒸鍍金屬電極構建多孔單晶嵌套的全氧化物太陽能電池。本發明提供一種多孔單晶嵌套的全氧化物p?n結構筑方法，并首次將該結構應用于全金屬氧化物太陽能電池領域，展現出優異的光伏效應。

技術領域

本發明涉及太陽能光伏電池領域，具體為一種多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法。

背景技術

太陽能電池作為解決目前能源危機與環境污染的重要途徑受到廣泛關注。無毒、低成本、穩定全金屬氧化物太陽能電池是一種有潛力的器件，其中的典型代表為Cu₂O薄膜太陽能電池，理論效率可以達到20％以上。目前主要采用Cu₂O/ZnO異質結構，器件效率依舊比較低，文獻報道使用Cu基底高溫氧化(1000℃以上)得到的Cu₂O效率可達到4.1％。使用電沉積方法雖然制備簡單，但效率只有1.3％。存在的主要問題是氧化物薄膜內部電荷輸運緩慢，且界面處能級匹配性差，缺陷多，光生載流子在轉移和輸運過程中復合幾率高、導出效率低。因此，探索新的全氧化物太陽能電池結構，構建有效的載流子轉移界面顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法，采用氧化物多孔單晶嵌套結構，改善金屬氧化物之間的接觸界面和內部電荷傳輸，提高載流子轉移、分離效率。

本發明的技術方案：

一種多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法，利用模板輔助方法在透明導電基體上制備n型或p型氧化物多孔單晶陣列薄膜，通過高溫晶化、擴孔等一系列處理后，利用電化學沉積方法在n型或p型氧化物多孔單晶陣列薄膜基底上沉積p型或n型氧化物半導體薄膜，得到多孔單晶嵌套的全氧化物p-n結，最后在表面蒸鍍金屬電極構建多孔單晶嵌套的全氧化物太陽能電池。

所述的多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法，模板輔助方法的基本過程如下：

(1)清洗透明導電基體，透明導電基體涵蓋各種具有良好透光性的導電基體，在水、乙醇、丙酮、異丙醇溶劑中分別超聲10～20min，然后用氮氣吹干，采用O₂等離子體處理4～6min；

(2)在O₂等離子體處理后的透明導電基體表面沉積n型或p型氧化物半導體的種子層；

(3)將二氧化硅球種子模板和所需晶面控制劑分散到n型或p型氧化物半導體生長前驅液中，超聲分散0.5～2h，保證模板均勻分散；

(4)將表面沉積有種子層的透明基底導電面朝上放入反應釜內膽底部，加入含有模板分散的n型或p型氧化物半導體生長前驅液，利用水平離心機將前驅液中的模板緊密沉積到透明導電基體；

(5)將反應釜內膽從離心機中取出后密封于不銹鋼套，轉移至烘箱中水熱處理生長n型或p型氧化物半導體薄膜；

(6)將生長完n型或p型氧化物半導體薄膜的透明導電薄膜，通過化學刻蝕或熱處理方法將模板去除，得到n型或p型氧化物多孔單晶陣列薄膜，獲得n型或p型氧化物多孔單晶陣列薄膜，其孔徑及孔隙率主要與使用的二氧化硅球種子模板尺寸和數量相關。

所述的多孔單晶嵌套型全氧化物太陽能電池的制備方法，透明導電基體采用氟摻雜的氧化錫FTO透明導電玻璃、氧化銦錫ITO透明導電玻璃或碳納米管CNT透明導電基體。