基于體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)吸光層的高效銅銦鎵硒薄膜光電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，涉及到一種新的可應(yīng)用于高效銅銦鎵砸薄膜光電池的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)吸光層。
【背景技術(shù)】
[0002]銅銦鎵砸薄膜光電池具有重量輕，生產(chǎn)能耗低，吸光性更高等優(yōu)點，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。但是目前薄膜類光伏器件的轉(zhuǎn)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(shù)的能量轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，因此銅銦鎵砸層的厚度和結(jié)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(jié)晶性要求就非常高，低的結(jié)晶度既無法有效的把光生電子空穴對擴散到PN結(jié)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(jié)構(gòu)而無法提高解離效率。為了解決這樣的問題，我們設(shè)計了 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(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計和制備基于體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層的銅銦鎵砸薄膜光電池。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種基于體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光吸收層；緩沖層；窗口層；透明導(dǎo)電襯底。
[0006]優(yōu)選的，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，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(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，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。
[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(dǎo)體，但不局限于此。
[0009]優(yōu)選的，所述窗口層為氧化物半導(dǎo)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(dǎo)電襯底為金屬氧化物透明導(dǎo)電薄膜，透明導(dǎo)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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光吸收層的制備方法，其中納米半導(dǎo)體材料和銅銦鎵砸先驅(qū)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(qū)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(dǎo)體材料包括砸化鉛，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)體但不局限于此。
[0015]上述技術(shù)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(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。
[0016]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(yīng)用雙層結(jié)構(gòu)窗口層的銅銦鎵砸光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。該器件包括:金屬背電極I ;體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(dǎo)電襯底5。
[0021]所述的金屬背電極I為金屬導(dǎo)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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(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，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。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(dǎo)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