改變該功能層的厚度，該功能層的主要作用是進行光吸收，并把產(chǎn)生的電子空穴對解離和輸出出去。光吸收層2上面是窗口層，通常為氧化鋅，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。最后是透明導(dǎo)電極5，為氧化物透明導(dǎo)電薄膜，通常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。
[0022]下面以旋涂法為例對上述應(yīng)用體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層的高效銅銦鎵砸光伏電池的制備方法進行詳細介紹。
[0023]1.將鈉鈣玻璃在清洗劑中反復(fù)清洗，然后再經(jīng)過去離子水，丙酮和異丙醇溶液浸泡并超聲各15分鐘，最后用氮氣吹干并經(jīng)過紫外臭氧處理15分鐘。
[0024]2.用真空沉積得方法制備鉬電極800納米左右。
[0025]3.將過濾后的具有一定混合比例的銅銦鎵砸/硫化鎘納米棒(其中硫化鎘納米棒的直徑為20納米，長度為200納米)溶液以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂在金屬襯底上，低溫退火后(150-350度)，再重復(fù)同樣的旋涂過程，達到所需的厚度。完成全部旋涂后，最后再高溫(250-550度)退火30分鐘，使銅銦鎵砸前驅(qū)體反應(yīng)結(jié)晶，形成連續(xù)CIGS膜，其中含有硫化鎘納米棒。
[0026]制備硫化鎘納米棒的工藝如下:
[0027]把0.54克Cd(CH3COO) 2 〃 2H20溶解在117毫升去離子水和87毫升EDA的混合溶劑里；然后再攪拌下加入化學計量平衡比的Na2S 〃 9H20，形成白色奶狀溶膠；接著在80度下連續(xù)加熱攪拌10個小時逐漸形成黃色液體。反應(yīng)完成后，用去離子水和乙醇清洗。
[0028]5.采用CBD制作η型硫化鎘層
[0029]6.采用磁控濺射方法制作窗口層
[0030]7.然后再用濺射真空沉積法制備氧化銦錫透明電極。
[0031]8.最后用熱蒸發(fā)制備鎳/鋁采集電極。
[0032]該新型P型銅銦鎵砸和η型硫化鎘納米棒的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，采用溶液法來制備光吸收層。由于P型和η型材料是混合在一起的，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 Pn結(jié)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(fù)合。這樣一個基于體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層的銅銦鎵砸薄膜光電池通過PN結(jié)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(zhuǎn)換效率。
[0033]如圖2所示，相比傳統(tǒng)光吸收層器件，基于體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層的銅銦鎵砸光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高了 15%。其中圖2內(nèi)的插圖是硫化鎘納米棒的電鏡照片。
[0034]以上對本發(fā)明實施例所提供的新型體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設(shè)計思想所做的任何改變都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型的體異質(zhì)結(jié)吸光層結(jié)構(gòu)，可用于高效薄膜光電池，其特征在于，其包括: 金屬背電極； 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層，該吸收層包括銅銦鎵砸和硫化鎘納米幫，形成體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，易于光生電子空穴對的分離和輸出； 緩沖層，該緩沖層和光吸收層形成pn結(jié)，使光生電子空穴對解離； 窗口層； 透明導(dǎo)電電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電池器件，其特征在于:所述金屬導(dǎo)電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光吸收層，其特征在于: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(dǎo)體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，砸化鎘，砸化鋅等2-6組半導(dǎo)體納米棒和銅銦鎵砸，銅鋅錫硫等1-3-5族半導(dǎo)體的混合物，但不局限于此。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述體異質(zhì)結(jié)包括溶液法制備的P型銅銦鎵砸材料和η型半導(dǎo)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖層，其特征在于:所述緩沖層層材料為砸化鉛，硫化鉛等4-6族半導(dǎo)體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，砸化鎘，砸化鋅等2-6組半導(dǎo)體以及1-3-5族半導(dǎo)體但不局限于此，其厚度為20-200納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窗口層，其特征在于:所述窗口層為溶液法制備的納米氧化物層或者真空濺射法制備的氧化物層，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電池器件，其特征在于:所述透明導(dǎo)電薄膜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。
8.—種應(yīng)用于高效光電池的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)吸光層，其特征在于利用溶液法制備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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(chǎn)和降低產(chǎn)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(diào)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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的用于銅銦鎵硒薄膜光電池的吸收層體相異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。吸收層的體相異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，包括溶液法制備的p型銅銦鎵硒吸光材料和n型硫化鎘納米棒。該新型體相異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)不但可通過溶液法來進行制備，易于低成本和大規(guī)模生產(chǎn)，同時由于體異質(zhì)結(jié)獨特的混相結(jié)構(gòu)，從而有效地提高了光生電子空穴對的解理和輸出。與傳統(tǒng)的平面異質(zhì)結(jié)相比，基于這種新型的體相異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的薄膜光電池的轉(zhuǎn)換效率提高了15％以上。
【IPC分類】H01L31-055, H01L31-072, H01L31-0445
【公開號】CN104600144
【申請?zhí)枴緾N201510039608
【發(fā)明人】錢磊, 劉德昂, 謝承智
【申請人】蘇州瑞晟納米科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月26日