基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，在透明導(dǎo)電襯底上依次生長(zhǎng)包覆的金屬納米顆粒層、鈣鈦礦薄膜層、空穴傳輸層和金屬電極層。其中金屬納米顆粒直徑為10nm-100nm，包覆厚度為0.1nm-10nm，鈣鈦礦薄膜層厚度是50nm-200nm，空穴傳輸層厚度是50nm-300nm。此基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)可有效提高鈣鈦礦薄膜層吸收，并減少其電子空穴對(duì)的復(fù)合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，協(xié)調(diào)性高。
【專利說明】基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，具體指在透明導(dǎo)電襯底上依次生長(zhǎng)包覆的金屬納米顆粒層、鈣鈦礦薄膜層、空穴傳輸層和金屬電極層的多層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界各國(guó)對(duì)能源需求的增加，傳統(tǒng)化石能源逐步消耗殆盡，以及環(huán)境惡化，溫室氣體過多導(dǎo)致全球變暖和海平面上升，各國(guó)相繼將目光投向新能源，尋求合理的能源供給模式，出臺(tái)了一系列刺激新能源研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，而我國(guó)是耗能大國(guó)，政府對(duì)能源非常重視，成立了高規(guī)格的國(guó)家能源委員會(huì)。太陽能光伏發(fā)電作為新能源產(chǎn)業(yè)之一，近十年以平均超過40%的發(fā)展速度快速發(fā)展，太陽能發(fā)電具有諸多優(yōu)勢(shì)，如無資源枯竭危險(xiǎn)，環(huán)境友好，維修需求少，適用地域廣，應(yīng)用范圍大等等。
[0003]太陽電池的材料一般要求主要包括:半導(dǎo)體材料的禁帶寬度適中；光電轉(zhuǎn)化效率比較高；材料制備過程和電池使用過程中，不存在環(huán)境污染；材料適合規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)，且性能穩(wěn)定。隨著對(duì)綠色能源的要求提高，太陽能發(fā)電將是未來人們應(yīng)用能量來源的主要方式之一，材料成本和生產(chǎn)成本就必須大幅度的降低。在這種情況下，薄膜太陽能電池引起了人們的重視，近幾年成了科技工作者的研究重點(diǎn)。
[0004]近年來隨著薄膜太陽能電池的高效率效應(yīng)的深入研究，鈣鈦礦薄膜太陽能電池逐漸引起廣泛的關(guān)注和報(bào)道，其最高效率可達(dá)15%，并且有著很大的提升空間。本發(fā)明針對(duì)繼續(xù)提高鈣鈦礦薄膜太陽能電池效率提出一種新型電池結(jié)構(gòu)，可提高電池本體光吸收以及減少鈣鈦礦中的電子空穴對(duì)的復(fù)合效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可提高光吸收，減少電子空穴對(duì)復(fù)合的新型鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的方法是在利用氣相和液相法在透明導(dǎo)電襯底上依次生長(zhǎng)包覆的金屬納米顆粒層、鈣鈦礦薄膜層、空穴傳輸層和金屬電極層。
[0007]一種基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為:
[0008]在透明導(dǎo)電襯底I上依次為包覆的金屬納米顆粒層2、鈣鈦礦薄膜層3、空穴傳輸層4和金屬電極層5。其特征在于:
[0009]所述包覆的金屬納米顆粒層2是利用氧化鋅，二氧化硅或二氧化鈦包覆金或銀納米顆粒的薄膜層，金屬納米顆粒尺寸為IOnm-1OOnm,薄膜層厚度是15nm-500nm,中間包覆的金屬納米顆粒層的厚度為0.1nm-1Onm ；
[0010]鈣鈦礦薄膜層3是厚度為50nm-200nm的鈣鈦礦物質(zhì)的多晶、非晶或晶體薄膜層；
[0011]空穴傳輸層4是厚度為50nm-300nm的2，2’，7，7’ _四[N, N- 二 (4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’ -螺二芴或硫化銅薄膜層；
[0012]金屬電極層5是銀或金薄膜層。[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:此基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)可有效提高鈣鈦礦薄膜層吸收，并減少其電子空穴對(duì)的復(fù)合，工藝簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，協(xié)調(diào)性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0015]實(shí)施例1:
[0016]在透明導(dǎo)電襯底上，利用磁控濺射方法濺射3nm金薄膜，最后將多層膜結(jié)構(gòu)放入300°C環(huán)境下退火半小時(shí)形成表面為金顆粒隨機(jī)分布薄膜層，平均尺寸為50nm，利用原子層沉積法沉積5nm氧化鋅包裹金顆粒，包覆的金顆粒薄膜層厚度為60nm，然后利用氣相沉積法沉積50nm厚的鈣鈦礦薄膜，利用溶膠凝膠法旋涂300nm硫化銅空穴傳輸層，并利用氬離子束濺射法濺射一層金電極。最終獲得基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。
[0017]實(shí)施例2:
[0018]在透明導(dǎo)電襯底上，利用旋涂法旋涂直徑為lOOnm，包覆層厚度為IOnm 二氧化硅包覆的銀顆粒薄膜層，薄膜層厚度為500nm，然后利用氣相沉積法沉積200nm厚的鈣鈦礦薄膜，利用溶膠凝膠法旋涂200nm厚的2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’ -螺二芴空穴傳輸層，并利用氬離子束濺射法濺射一層銀電極。最終獲得基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。
[0019]實(shí)施例3:
[0020]在透明導(dǎo)電襯底上，利用氬離子束濺射方法濺射平均尺寸為IOnm的金顆粒，利用原子層沉積法沉積0.1nm 二氧化鈦包裹銀顆粒，包覆的金納米顆粒薄膜層厚度為10nm，然后利用氣相沉積法沉積IOOnm厚的鈣鈦礦薄膜，利用溶膠凝膠法旋涂50nm硫化銅空穴傳輸層，并利用氬離子束濺射法濺射一層金電極。最終獲得基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于金屬顆粒的鈣鈦礦薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為:在透明導(dǎo)電襯底(I)上依次為包覆的金屬納米顆粒層(2)、鈣鈦礦薄膜層(3)、空穴傳輸層(4)和金屬電極層(5)，其特征在于: 所述包覆的金屬納米顆粒層(2)是利用氧化鋅，二氧化硅或二氧化鈦包覆金或銀納米顆粒的薄膜層，金屬納米顆粒尺寸為IOnm-1OOnm,薄膜層厚度是15nm-500nm,中間包覆的金屬納米顆粒層的厚度為0.1nm-1Onm ； 鈣鈦礦薄膜層(3)是厚度為50nm-200nm的鈣鈦礦物質(zhì)的多晶、非晶或晶體薄膜層；空穴傳輸層(4)是厚度為50nm-300nm的2，2’，7，7’ _四[N, N- 二 (4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’ -螺二芴或硫化銅薄膜層； 金屬電極層( 5 )是銀或金薄膜層。
【文檔編號(hào)】H01L51/42GK103904218SQ201410120695
【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?jiān)? 陳鑫, 孫艷, 魏調(diào)興, 董文靜, 張克難, 戴寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所