[发明专利]一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池，在玻璃衬基上依次沉积有阳极、三元无机平板型异质结薄膜、有机空穴传输层、阴极；所述的三元无机平板型异质结薄膜由TiO₂纳米薄膜、CdS纳米薄膜和CuInS₂纳米薄膜组成，TiO₂纳米薄膜、CdS纳米薄膜和CuInS₂纳米薄膜，依次沉积于太阳电池阳极上。本发明的技术进步和创新点主要体现在下列方面：（1）在核心材料方面，关键的CuInS₂薄膜层的制备方法与现有技术完全不同，我们的制备方法更易实现大面积制备；（2）在电池结构和性能方面，我们在电池中使用有机空穴传输层，有效地避免Au原子沉积过程中产生的短路现象，电池具有更高的V_oc。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池。

背景技术

将太阳能转化成电能，实现光伏发电，是利用可再生能源的一种重要方式。光伏发电系统中最关键的是捕获和转化太阳能的装置，即太阳电池。实际应用中的太阳电池需要满足两个基本要求：较高的效率(10％)和稳定的电池性能(使用寿命20年)。太阳电池的光活性层是光吸收和自由电荷产生的区域，通常由n-型半导体和p-型半导体组成的异质膜结构成，对电池的光电转换过程有决定性作用，是太阳电池的关键材料部分。无机半导体材料，具有电荷迁移率高和结构稳定好的优点。目前,大多数效率和稳定性较高的太阳电池，主要还是基于无机异质结的器件(Prog.Photovolt:Res.Appl.2016，24，3-11)；其中，商品化的太阳电池主要还是以单晶硅p/n结膜组成光活性层为代表的单晶硅电池，其能量转换效率(η)已达25％。通常，无机异质结太阳电池是通过物理气相沉积和化学气相沉积技术来制备的(Prog.Photovolt:Res.Appl.2004，12，69-92；Front.Phys.2011，6，177-196)。虽然能获得质量好、结晶度较高的无机材料及高效的太阳电池器件，但这些气相沉积制备方法常存在技术和设备复杂、能耗高(需要高真空、400-1400℃高温)、材料损耗大等不足，同时高纯度原材料供应也有限；这些不足的存在，造成电池成本很高，不利于大规模应用。建立新型无机异质结薄膜光电转换材料体系，并实现低成本制备，获得高效的太阳电池，是无机薄膜太阳电池发展中面临的主要挑战。