[发明专利]一种基于非极性m面BeMgZnO透明薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于非极性m面BeMgZnO透明薄膜平面太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池从下至上依次包括m面蓝宝石衬底、m面BeMgZnO四元合金薄膜、一对平行金属电极，其中：所述电极垂直于所述合金薄膜的c轴方向。所述平面太阳能电池是以m面蓝宝石作为衬底，采用脉冲激光烧蚀沉积方法在衬底表面烧蚀陶瓷靶材得到m面BeMgZnO外延薄膜，然后在BeMgZnO薄膜表面蒸镀一对金属电极。本发明创新性地利用非极性m面BeMgZnO薄膜中自发极化电场而非P‑N结内建电场来分离光生载流子以实现光电转换，本发明想法独特，制备工艺简单、原料成本低，适合工业化生产，为透明太阳能电池的开发开辟了一种全新的途径。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种透明薄膜太阳能电池，更具体地说，本发明涉及一种基于非极性m面BeMgZnO透明薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，人类面临着全球能源需求增加、化石燃料日益耗尽和环境污染等一系列问题，这使人们认识到开发清洁、丰富、可再生能源已经迫在眉睫。太阳能作为一种可再生清洁能源，引起了人们的广泛关注。近年来，太阳能电池行业得到了飞速的发展。继晶体Si太阳能电池研发以来，人们陆续开发出了非晶Si太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机光伏太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。然而，目前传统太阳能电池的发展存在着光电转换效率已接近其理论极限和其安装使用范围有限两个问题，这极大限制了太阳能电池行业的发展。

不同于传统的太阳能电池，透明太阳能电池具有安装范围广泛的优点，它可以被应用于建筑物窗玻璃、交通工具窗玻璃、甚至手机、手表的屏幕等。这在不影响人类日常生活的前提下有效利用自然界的太阳光来转换成人类日常所需的电能。所以，透明太阳能电池的发展及其重要。

BeMgZnO四元合金是一种宽禁带、高可见光透过性的半导体材料，在光电器件方面具有广泛的潜在应用。BeMgZnO四元合金的结构和ZnO类似，均为六方纤锌矿结构。由于ZnO晶体内部由O原子面和Zn原子面交替排列，而Zn-O键具有极性，整齐排列Zn-O键使得ZnO在c轴方向上具有一个自发极化场，且该电场遍布整个ZnO材料内部，这可促使光生载流子的有效分离，因此，BeMgZnO在透明太阳能电池领域具有巨大潜在应用价值。

现有技术中已有采用基于二元、三元金属材料制备太阳能电池或透明太阳能电池的报道，例如，公布号为CN 108022982A的专利申请公开了“一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗及其制备方法”，包括从下至上依次设置的玻璃衬底层、第一网格状Ag纳米线电极层、n型ZnO薄膜层、P型ZnMgO薄膜层、第二网格状Ag纳米线电极层、Ag纳米离子薄膜层。另外，公布号为CN106449875A的专利申请公开了“一种利用MgZnO薄膜制作CIGS薄膜太阳能电池的方法”，利用该发明方法制得的太阳能电池可有效地增大对蓝光的吸收，增加光谱响应范围，提高CIGS薄膜太阳能电池的开路电压，提升电池效率。但是上述现有技术公开的方法制得的光电器件结构复杂，至少包含4层结构，且采用的原料成本昂贵，制备工艺繁琐，实验周期较长，不利于工业化生产。

本申请发明人课题组在前期已公开发表了研究成果“氧压变化对脉冲激光沉积法制备BeMgZnO四元合金薄膜性能的影响”：采用脉冲激光沉积法，以BeMgZnO陶瓷为靶材、c面蓝宝石为衬底，在固定衬底温度700℃、0～4Pa间的不同氧压条件下制备出了单相、具有纤锌矿结构和c面取向的BeMgZnO四元合金薄膜。本申请是在上述工作的基础上，进一步深入研究开发和创新后提出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于非极性m面BeMgZnO透明薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明旨在利用BeMgZnO四元ZnO合金薄膜c轴方向的自发极化电场来实现光能到电能的转换，从而构建BeMgZnO基透明薄膜太阳能电池。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：