[發明專利]一種異質結薄膜太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910668940.0
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110556446B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 葉瑛;丁訪暢;王秋瑾;胡雙雙;夏天;周一凡;張平萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種異質結薄膜太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池自上而下包括透明絕緣層、貴金屬薄膜、硫化鋅薄膜(氧化鋅薄膜)、硫化鉍薄膜、納米鉍顆粒、導電基底、納米鉍顆粒、硫化鉍薄膜、硫化鋅薄膜(氧化鋅薄膜)、貴金屬薄膜、透明絕緣層。使用的制備方法能夠得到大面積、均勻的復合薄膜，所用原料無毒，來源廣泛，且便于攜帶、利于推廣。本發明提供的雙面異質結薄膜太陽能電池，朝向陽光的一面是主吸光面，直接利用直射太陽光；背向陽光的一面可以采集環境中的散射光以及反射光，進一步的提高光電轉換效率，從而有望獲得光電轉化效率較高的新型太陽能電池。該制備方法簡單易行，適合大規模生產建設。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種硫化鉍/硫化鋅(硫化鉍/氧化鋅)異質結薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著全世界經濟的不斷發展以及全球人口總量的快速增長，能源的消耗量在不斷的增加，在未來的時間里能源的消耗還會不斷的增長。然而傳統的化石能源無論從儲量還是環境方面來說都有其局限性，為了避免單一的能源結構體系在將來可能出現的嚴重后果，新能源的發展受到了各國的大力發展。在新能源的發展方面，特別是太陽能發電，受到了眾多研究者的青睞。在太陽能電池的發展中，關鍵問題就是提高光電轉換效率和降低制造成本。

目前光伏市場上占主導地位的太陽能電池為硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池和碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池。在三大類薄膜太陽能電池中不僅制備工藝復雜，而且在CIGS和CdTe薄膜太陽能電池中，存在著原料稀缺和毒性污染等問題，所以不利于大面積推廣建設。硅基薄膜太陽能電池存在著轉換效率低和制造成本高的問題，所以也遠遠達到大面積推廣建設的要求。故在太陽能電池的發展中，選擇合適的半導體材料、降低制造成本、開發簡單工藝是志在必行的。

硫化鉍屬于V-VI族重要半導體化合物材料，室溫下禁帶寬度為1.30eV，能吸收可見-近紅外光波段，而且有較高的吸收系數(-10⁵cm^-1)，該半導體材料具有無毒、穩定性高、環境友好、光伏轉換等優異性能，在太陽能電池、光電二極管陣列、紅外光譜學等方面有極大的應用價值，近年來受到越來越多研究者的關注。硫化鋅是II-VI族半導體材料，室溫下禁帶寬度約為3.7eV，寬禁帶寬度半導體材料適合做太陽能電池的窗口材料，可以反射少數載流子，減小載流子的表面復合，而且寬帶隙對太陽能電池的長波吸收波段是光學透明的，能夠減少光子的吸收損失，故在硫化鉍與硫化鋅形成的異質結薄膜太陽能電池中，能覆蓋可見光中的短波與長波波段，從而提高太陽電池的光電轉換效率。

氧化鋅和硫化鋅同屬II-VI族半導體材料，禁帶寬度為3.37eV，與硫化鋅半導體物理性質相似，因此也很適合做太陽能電池的窗口材料，與硫化鉍形成異質結薄膜太陽能電池。

在目前三大主流薄膜太陽能電池中，都存在著制備工藝復雜、制備成本高昂的問題。在本發明中，經過不斷的實驗，利用簡單工藝在柔性金屬基底上制備了雙面硫化鉍/硫化鋅異質結薄膜太陽能電池，經過測試能夠吸收轉換太陽光，所以有望獲得光電轉化效率高的新型太陽能電池，并能大大降低制造成本。在柔性金屬基底上制備的雙面Bi₂S₃/ZnS(Bi₂S₃/ZnO)異質結薄膜太陽能電池便于攜帶、大面積生產，具有很好的商業應用前景。

發明內容

本發明的目的在于針對三大主流太陽能電池存在的缺陷，在柔性金屬基底上制備了新型的雙面Bi₂S₃/ZnS(Bi₂S₃/ZnO)異質結薄膜太陽能電池，從而有利于太陽能電池的大面積推廣、商業化生產。

本發明所采用的具體技術方案如下：