以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。特點(diǎn)是它包括透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、碲化鋅空穴傳輸層和正電極。本發(fā)明采用碲化鋅作為空穴傳輸層優(yōu)點(diǎn)是可提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，延長使用壽命，減少制備成本。
【專利說明】以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)能源的消耗，能源危機(jī)及環(huán)境問題已經(jīng)成為當(dāng)前世界面臨的嚴(yán)重問題，綠色、安全、取之不盡的太陽能使光伏發(fā)電成為解決人類能源危機(jī)與環(huán)境污染的理想方案。高的光電轉(zhuǎn)換效率和低的制造成本是能普及推廣光伏發(fā)電的前提條件。因此，兼具高效率和低成本的太陽能電池是人們?cè)谀茉搭I(lǐng)域不斷追求的目標(biāo)。
[0003]在現(xiàn)在太陽能實(shí)際應(yīng)用中，硅光電池以其成熟的工藝，較高的光電轉(zhuǎn)化效率在各類光伏器件中占主導(dǎo)地位。但其昂貴的價(jià)格限制了硅電池的廣泛應(yīng)用。目前，商用太陽能電池市場上占主導(dǎo)地位的硅太陽能電池仍不能滿足低成本的要求。而2009年出現(xiàn)的以具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物為吸光層的太陽能電池(簡稱鈣鈦礦太陽能電池)近年來快速發(fā)展，2013年其實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到15%，并有望在未來幾年突破20%，其高效率，低成本的特點(diǎn)使其成為最具市場潛力的新型太陽能電池。
[0004]鈣鈦礦太陽能電池由透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、空穴傳輸層和正電極組成。目前廣泛使用的空穴傳輸層是大分子有機(jī)物，而其成本高，穩(wěn)定性差，從而限制了鈣鈦礦電池長期使用的要求。因此，采用穩(wěn)定性較好的無機(jī)物作為鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層對(duì)于推進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用具有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種以碲化鋅作為鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層的設(shè)計(jì)方案。
[0006]本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案在于該太陽能電池的吸光層與正電極之間的空穴傳輸層為締化鋅。該鈣鈦礦太陽能電池包括:透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、碲化鋅空穴傳輸層和正電極。
[0007]所述的鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:在碲化鋅空穴傳輸層4上依次為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層3、電子傳輸層2和透明導(dǎo)電電極1，正電極5制備在締化鋅空穴傳輸層4的背面；
[0008]所述的碲化鋅空穴傳輸層4的厚度為lnm-300nm。
[0009]以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法有正向制備和反向制備有兩種方法；具體如下:
[0010]正向制備方法步驟如下:首先，在透明導(dǎo)電電極I上采用水熱法或原子層沉積或旋涂工藝制備電子傳輸層2 ;接著采用旋涂工藝制備鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層3 ;然后采用旋涂、原子層沉積、磁控濺射或熱蒸發(fā)方法制備碲化鋅空穴傳輸層4 ;最后在碲化鋅空穴傳輸層4背面沉積正電極完成太陽能電池的制備；
[0011]反向制備方法步驟如下:首先在中間襯底上按正向制備方法中相同工藝依次制備正電極5、碲化鋅空穴傳輸層4、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層3、電子傳輸層2 ;然后采用磁控濺射工藝制備透明導(dǎo)電電極1，最后，去除中間襯底完成太陽能電池的制備。所述的中間襯底可采用適合制備工藝的任意材料。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:碲化鋅空穴傳輸層比有機(jī)物作為空穴傳輸層具有更優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
[0015]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:透明導(dǎo)電電極和依次層疊于該電極上的電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、厚度為IOnm的碲化鋅納米顆?？昭▊鬏攲雍徒鹫姌O。
[0016]實(shí)施例2:
[0017]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:透明導(dǎo)電電極和依次層疊于該電極上的電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、通過原子層沉積制備的厚度為Inm的碲化鋅空穴傳輸層和銀正電極。
[0018]實(shí)施例3:
[0019]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:透明導(dǎo)電電極和依次層疊于該電極上的電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、通過磁控濺射制備的厚度為50nm的碲化鋅空穴傳輸層和鉬電極。
[0020]實(shí)施例4:
[0021]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:透明導(dǎo)電電極和依次層疊于該電極上的電子傳輸層、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、通過熱蒸發(fā)制備的厚度為IOOnm的碲化鋅空穴傳輸層和金正電極。
[0022]實(shí)施例5:
[0023]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:金正電極，通過原子層沉積在金正電極上制備的厚度為150nm的碲化鋅空穴傳輸層，依次層疊于碲化鋅空穴傳輸層上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、電子傳輸層、和透明導(dǎo)電電極。
[0024]實(shí)施例6:
[0025]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:銀正電極，通過磁控濺射在銀正電極上制備的厚度為200nm的碲化鋅空穴傳輸層，依次層疊于碲化鋅空穴傳輸層上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、電子傳輸層、和透明導(dǎo)電電極。
[0026]實(shí)施例7:
[0027]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:鉬正電極，通過熱蒸發(fā)在正電極上制備的厚度為250nm的碲化鋅空穴傳輸層，依次層疊于碲化鋅空穴傳輸層上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、電子傳輸層、和透明導(dǎo)電電極。
[0028]實(shí)施例8:
[0029]鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為:金正電極，在金正電極上旋涂厚度為300nm的碲化鋅納米顆?？昭▊鬏攲?，依次層疊于碲化鋅空穴傳輸層上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層、電子傳輸層、和透明導(dǎo)電電極。
【權(quán)利要求】
1.一種以碲化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，它包括:透明導(dǎo)電電極(1)、電子傳輸層(2)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層(3)、碲化鋅空穴傳輸層(4)和正電極(5)，其特征在于: 所述的鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:在碲化鋅空穴傳輸層(4)上依次為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層(3)、電子傳輸層(2)和透明導(dǎo)電電極(1),正電極(5)制備在締化鋅空穴傳輸層(4)的背面； 所述的碲化鋅空穴傳輸層(4)的厚度為lnm-300nm。
2.—種如權(quán)利要求1所述的一種以締化鋅為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述的制備方法有正向制備和反向制備有兩種方法； 正向制備方法步驟如下:首先，在透明導(dǎo)電電極(1)上采用水熱法或原子層沉積或溶膠凝膠法制備電子傳輸層(2)接著采用旋涂工藝制備鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層(3);然后采用旋涂、原子層沉積、磁控濺射或熱蒸發(fā)方法制備碲化鋅空穴傳輸層(4);最后在碲化鋅空穴傳輸層(4)背面沉積正電極完成太陽能電池的制備； 反向制備方法步驟如下:首先在中間襯底上按正向制備方法中相同工藝依次制備正電極(5)、碲化鋅空穴傳輸層(4)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光層(3)電子傳輸層(2);然后采用磁控濺射工藝制備透明導(dǎo)電電極(1)，最后，去除中間襯底完成太陽能電池的制備。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103904148SQ201410120455
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】張克難, 陳鑫, 魏調(diào)興, 董文靜, 張?jiān)? 孫艷, 戴寧 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所