[发明专利]一种异质构型太阳能电池结构及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种异质构型太阳能电池结构及其制备方法与应用，太阳能电池结构包括由下而上依次设置的导电基底、CZTS薄膜层、CsPbBr₃薄膜层及碳电极，CZTS薄膜层与CsPbBr₃薄膜层构成CZTS‑CsPbBr₃异质结；制备方法包括以下步骤：1)在导电基底上生成CZTS薄膜层；2)在CZTS薄膜层上沉积CsPbBr₃薄膜层；3)在CsPbBr₃薄膜层上沉积碳电极，制得的太阳能电池结构用于高性能太阳能电池器件中。与现有技术相比，本发明太阳能电池结构中，CZTS‑CsPbBr₃异质结可改善开路电压亏损，实现高性能器件制备。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种Cu₂ZnSnS₄(CZTS)-CsPbBr₃异质构型太阳能电池结构及其制备方法与应用。

背景技术

21世纪以来，随着传统化石能源(石油、煤炭等)的不断消耗，能源危机、环境污染成为人类共同面临、亟待解决的生存问题，极大促进了人类社会对可持续、环境友好新型能源的重视与探索进程。太阳能，因具备取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优异特点，备受研究人员青睐，目前以光能-电能转换形式的利用与研究为主，光伏电池为常见的光能与电能转换器件。

但值得关注的是，目前CZTS体系器件的效率仍远低于其同类竞争者，这说明CZTS体系电池的性能有较大的提升空间，是值得研究的前沿问题。对于光伏器件，p-n异质结为其进行光电转换的核心构件，为光生载流子层与缓冲层两者结合形成，因此二者之间界面性能的优劣对器件性能影响甚大。吸收层与缓冲层的能带排列是讨论界面性能问题的重要抓手，行分离、输运的关键所在。在化合物薄膜电池结构中，异质结主要由吸收其直接影响载流子的分离与输运，决定短路电流与开路电压。传承于CIGS体系器件，现今CZTS体系电池中常用的缓冲层亦为CdS材料。然而，研究发现CZTS/CdS异质结的能带排列属于“cliff-like”型结构，其吸收层导带高于缓冲层导带(ΔE_c为负值)，将形成缓冲层注入电子迁移势垒，变相降低界面带隙，故易导致载流子界面复合增加，降低器件填充因子、开路电压等，导致CZTS体系器件性能未达预期，限制了其进一步应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种异质构型太阳能电池结构及其制备方法与应用。本发明太阳能电池结构中，CZTS-CsPbBr₃异质结可改善开路电压亏损，实现高性能器件制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种异质构型太阳能电池结构，该太阳能电池结构包括由下而上依次设置的导电基底、CZTS薄膜层、CsPbBr₃薄膜层及碳电极，所述的CZTS薄膜层与CsPbBr₃薄膜层构成CZTS-CsPbBr₃异质结。CsPbBr₃薄膜层构成缓冲层，CZTS薄膜层构成光吸收层。

进一步地，所述的导电基底为ITO/FTO导电玻璃基底或柔性导电基底。

进一步地，所述的CZTS-CsPbBr₃异质结为spike-like型异质结构。

一种异质构型太阳能电池结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)在导电基底上生成CZTS薄膜层；

2)在CZTS薄膜层上沉积CsPbBr₃薄膜层；

3)在CsPbBr₃薄膜层上沉积碳电极。