基于體異質結結構吸光層的高效銅銦鎵硒薄膜光電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件領域，涉及到一種新的可應用于高效銅銦鎵砸薄膜光電池的體異質結結構吸光層。
【背景技術】
[0002]銅銦鎵砸薄膜光電池具有重量輕，生產能耗低，吸光性更高等優(yōu)點，因此受到了人們的廣泛關注。但是目前薄膜類光伏器件的轉換效率相比與硅基器件來說普遍較低.為了能進一步提高薄膜光伏技術的能量轉換效率，改善和提高光生電子空穴對的解離幾率和載流子輸出效率是一種非常重要的方法.以銅銦鎵砸為例，傳統(tǒng)的電池器件中，采用的是銅銦鎵砸/硫化鎘平面結構的異質結結構，因此銅銦鎵砸層的厚度和結晶性對器件性能的影響就非常顯著。一方面可通過增加銅銦鎵砸層的厚度來提高光的吸收效率，在這種情況下對薄膜的結晶性要求就非常高，低的結晶度既無法有效的把光生電子空穴對擴散到PN結界面進行解離，同時也沒有辦法讓解離后的電子和空穴有效的輸出去；而另一方面P型銅銦鎵砸和η型硫化鎘的界面受制于平面結構而無法提高解離效率。為了解決這樣的問題，我們設計了 P型銅銦鎵砸和η型硫化鎘納米棒的體異質結結構，采用溶液法來制備光吸收層。由于P型和η型材料是混合載一起的，可通過控制混合的比例來控制不同材料相的尺寸，使之與電子空穴對的擴散長度相當，既增大了 ρη結的界面面積提高了解離效率，又給出了載流子輸出的有效途徑，所以既提高了光伏器件的光吸收又不會因此而增大載流子的復合。這樣一個基于體異質結結構光吸收層的銅銦鎵砸薄膜光電池通過PN結界面的改善以及載流子輸出效率的增加，從而大幅提高了能量轉換效率。

【發(fā)明內容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是設計和制備基于體異質結結構光吸收層的銅銦鎵砸薄膜光電池。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種基于體異質結結構光吸收層的高效銅銦鎵砸薄膜光電池，其包括:金屬電極；體異質結結構的光吸收層；緩沖層；窗口層；透明導電襯底。
[0006]優(yōu)選的，所述金屬導電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種，但不局限于此。
[0007]優(yōu)選的，所述光吸收層厚度在0.1 — 1um之間，為砸化鉛，硫化鉛等4_6族半導體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，砸化鎘，砸化鋅等2-6組半導體納米棒和銅銦鎵砸，銅鋅錫硫等1-3-5族半導體的混合物，但不局限于此，所述體異質結包括溶液法制備的P型銅銦鎵砸材料和η型半導體納米棒，其中納米棒的長度在20-200納米之間，直徑在2-200納米之間。
[0008]優(yōu)選的，緩沖層選用電子傳輸材料，厚度在20 - 200nm之間，為氧化鋅和氧化鈦，硫化鎘，硫化鋅等η型半導體，但不局限于此。
[0009]優(yōu)選的，所述窗口層為氧化物半導體層，厚度在20-200納米之間，其中氧化物為氧化鋅，氧化鈦，以及摻雜氧化物，其中摻雜物包括鋁，鎂，銦，鎵，鎘等但不局限于此。
[0010]優(yōu)選的，所述導電襯底為金屬氧化物透明導電薄膜，透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。
[0011]本發(fā)明還公開了一種上述體異質結結構光吸收層的制備方法，其中納米半導體材料和銅銦鎵砸先驅物按照特定比例制備成混合溶液，并通過溶液法制備在金屬背電極層上，厚度為200-2000納米，然后在惰性氣體中進行熱退火處理，加熱溫度是室溫-600度。
[0012]優(yōu)選的，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法，但不局限于此。
[0013]優(yōu)選的，所述銅銦鎵砸先驅物包括銅銦鎵砸納米材料，以及銅，銦，鎵金屬及其氧化物，硫化物，砸化物，鹵素化合物和各種鹽類等，但不局限于此.
[0014]優(yōu)選的，所述半導體材料包括砸化鉛，硫化鉛等4-6族半導體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，砸化鎘，砸化鋅等2-6組半導體但不局限于此。
[0015]上述技術方案具有如下有益效果:利用溶液法制備P型銅銦鎵砸和η型硫化鎘納米棒的混合薄膜，厚度大約在200-2000納米左右。該體異質結結構的優(yōu)點在于一方面是通過溶液法來制備的，因此易于大規(guī)模生產和降低產品成本，另一方面P型銅銦鎵砸和η型硫化鎘納米棒混合后，可通過混合比例優(yōu)化，把兩種材料的相區(qū)尺寸調解到激子擴散長度的大小，有效保證了光生電子空穴對的解離和輸出。
[0016]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例對銅銦鎵砸薄膜光電池效率提升的比較圖，其中插圖是硫化鎘納米棒的電鏡照片。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細介紹。
[0020]如圖1所示，為應用雙層結構窗口層的銅銦鎵砸光伏器件的結構示意圖。該器件包括:金屬背電極I ;體異質結結構銅銦鎵砸吸光層2，該吸光層包括P型銅銦鎵砸吸光材料和N型硫化鎘納米棒；Ν型緩沖層3 ;窗口層4 ;和透明導電襯底5。
[0021]所述的金屬背電極I為金屬導電薄膜，一般是鋁，但不局限于此，還包括其他金屬，包括金、銀、銅、鈦、鉻，鉬等。金屬電極I上面是體異質結結構的光吸收層2，厚度在0.2 - 2um之間，為砸化鉛，硫化鉛等4-6族半導體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，砸化鎘，砸化鋅等2-6組半導體納米棒和銅銦鎵砸，銅鋅錫硫等1-3-5族半導體的混合物，但不局限于此，所述體異質結包括溶液法制備的P型銅銦鎵砸材料和η型半導體納米棒，其中納米棒的長度在20-200納米之間，直徑在2-200納米之間。但不局限于此。光吸收層2上面的緩沖層選用電子傳輸材料，厚度在20 - 200nm之間，為氧化鋅和氧化鈦，硫化鎘，硫化鋅等η型半導體，但不局限于此。所述溶液法泛指一切涂料法，如旋涂法，噴涂法，糟模法等；所用旋涂法，可通過控制旋涂速度、溶液濃度和不同的旋涂次數(shù)便可以