[发明专利]一种柔性叠层太阳电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种柔性叠层太阳电池及制备方法。

背景技术

近年来，由于化石燃料的日趋枯竭，造成能源形势日益紧张。加之与日俱增的化石燃料燃烧所造成的环境污染，对地球生态平衡和人类的生存带来严重的危害。开发可再生新能源已经成为一个世界性的课题。光伏发电是一种零排放的清洁能源，也是一种能够大规模应用的现实能源，可进行独立发电和并网发电，是各种可再生能源中的首选。

总体而言太阳能电池技术的发展可以概分为三代：第一代是以单晶硅为代表的单晶型光伏电池；第二代则是以碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒化物(CIGS)为代表的无机薄膜太阳电池；第三代是基于纳米技术和新材料的新型太阳电池(包括有机薄膜太阳电池(OPV)、染料敏化太阳电池(DSSC)、钙钛矿太阳电池(PSC)等)。第一、第二代太阳电池的工艺已经比较成熟，其电池效率均已超过15％，并实现了商业化生产。第三代太阳电池技术具有能耗少、原料广泛、环境友好、成本低等优点显示出了极富潜力的应用和发展前景。

目前，由钙钛矿相有机金属卤化物制备的钙钛矿太阳电池的实验室效率已突破20％，具有很高的产业化前景。同时，第三代太阳电池中的铜铟镓硒太阳电池已有商业化运营，其实验室效率也已经超过20％。通过叠层技术将铜铟镓硒和钙钛矿材料制成太阳电池可以提高光谱吸收范围，显著提高太阳电池的转换效率。于液相法制备铜铟镓硒薄膜相比，使用真空蒸镀法制备薄膜可以有效优化薄膜形貌，提高电池转化效率；与使用玻璃作为衬底的太阳电池相比，柔性太阳电池可以使用roll-to-roll工艺大规模生产降低生产成本，有益于商业化运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种轻质高效、可大批量生产的柔性叠层太阳电池及制备方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种柔性叠层太阳电池，至少包括：

透明衬底层(1)，所述透明衬底层(1)为带有纳钙玻璃或者柔性衬底的聚酰亚胺膜；其中聚酰亚胺膜的厚度范围是25μm～100μm；

在所述透明衬底层(1)上表面为背电极层(2)，所述背电极层(2)的厚度范围是100nm～1000nm；

在所述背电极层(2)的上表面为铜铟镓硒活性层(3)，所述铜铟镓硒活性层(3)的厚度范围是1μm～3μm；

在所述铜铟镓硒活性层(3)的上表面为CdS缓冲层(4)，所述CdS缓冲层(4)的厚度范围是30nm～100nm；

在所述CdS缓冲层(4)的上表面为窗口层(5)，所述窗口层(5)的厚度范围是100nm～500nm；

在所述窗口层(5)的上表面为中间层(6)，当所述中间层(6)为n型LiF，CsCO₃，C₆H₅COOLi，ZnO中的一种时，中间层(6)的厚度范围为10nm～120nm；当所述中间层(6)为p型氧化钼、MEH-PPV、PEDOT中的一种时，中间层(6)的厚度范围为30nm～150nm；

在所述中间层(6)的上表面为电子传输层(7)，所述电子传输层(7)为TiO2，ZnO，Al₂O₃、SiO₂中的一种，所述电子传输层(7)的厚度范围为50nm～300nm；

在所述电子传输层(7)的上表面为钙钛矿吸收层(8)，所述钙钛矿吸收层(8)的厚度范围为100nm～1000nm；

在所述钙钛矿吸收层(8)的上表面为空穴传输层(9)，所述空穴传输层(9)的厚度范围为100nm～1000nm；

在所述空穴传输层(9)的上表面为电极(10)。

进一步：所述背电极层(2)的材料为钼、镍、铝、金、银、铜、钛中的一种。

更进一步：所述窗口层(5)的材料为i-ZnO、ZnO-Al、ITO中的一种。

一种柔性叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤101、清洁聚酰亚胺膜表面：

使用等离子体反溅刻蚀机，工作压强为0.3Pa，溅射功率为0.2kw，通过Ar对聚酰亚胺膜进行刻蚀清洁；清洁完成后剪裁至3cm*3cm的正方形；

步骤102、溅背电极层(2)：

选择钼、镍、铝、金、银、铜、钛中的一种，使用直流溅射，靶材纯度为99.99％，功率为0.6kw，工作压强为1.0Pa；溅射两层，其中第一层厚度为100nm，第二层厚度为400nm；

步骤103、蒸镀铜铟镓硒活性层(3)：