CN101127371A - 一种纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域,具体为一种纳米结构的薄膜太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池以一维无机纳米线阵列作为N型材料,该N型材料与P型的铜-铟-硒等材料组成具有光电转换性能的纳米结构的异质结。具体结构依次为玻璃基底、透明导电层、纳米线阵列、P型吸收层、电极。本发明结构可以大大提高电池的结面积,从而大大提高太阳能的利用效率。本发明可以制成两面受光的结构,便于航天、军事等特殊场合的使用。

Description

一种纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法技术领域本发明属于太阳能电池技术领域,具体涉及一种新型纳米结构的太阳能电池及其制 备方法。 背景技术铜铟硒(CuInSe2简称CIS)类薄膜太阳能电池是一种I -HI-VI族化合物半导体[l-4], 禁带宽度l.leV,具有良好的可见光吸收效率[5],不存在光致衰退问题。传统的CIS薄膜 太阳能电池的结构如图l所示。CIS薄膜太阳能电池具有相对成本较低和高效[6]、抗紫外 辐射、轻便、灵活、柔性等特点,是最有产业化前景的高转换效率的薄膜太阳能电池[7]。 但是CIS薄膜是多元化合物,其电池性能对原子配比及晶格匹配不当而产生的结构缺陷非 常敏感[8],导致电池效率偏低。 发明内容本发明的目的在于提出一种利用效率高的薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明提出的薄膜太阳能电池,以纳米技术制备的一维无机纳米线阵列作为N型材 料,再利用该N型材料与P型的铜-铟-硒、铜-铟-硫或铜-铟-镓-硒材料组成具有光电转换 性能的纳米结构的异质结。这样可以大大提高电池的结面积,从而大大提高太阳能的利用 效率,进而提高整个太阳能电池的转换效率。该高效率的太阳能电池的另一个好处是可以 制成两面受光的结构,方便特殊场合的使用,例如军事、航天等领域。本发明太阳能电池的结构如图2所示。其中,以玻璃层6为基底,基底6上为一透明 导电层7,透明导电层的材料可以是ITO、 Ti02或ZnO等;透明导电层7上为纳米线阵列 8,该纳米线阵列8可采用溶液法或其它纳米线制备方法制备,纳米线材料为ZnO、 Ti02 或CU20等;在纳米线阵列8上为一P型吸收层9,其材料可以是铜-铟-硒、铜-铟-硫或铜 -铟-镓-硒薄膜;最上面为电极10,其材料可以是钼薄膜。本发明提出的薄膜太阳能电池的制备方法如下.-1. 以玻璃为基底,在其上溅射一层透明导电层;2. 在透明导电层上用溶液法或其它纳米线制备方法制备一层ZnO、 Ti02或Cu20等 材料的纳米线阵列,材料的纳米化可以增加结面积;3. 在此基础上用共蒸发的方法或沉积金属预置膜然后硒化的方法制备P型吸收层; 备电极。 参考文献[1] Miguel A. Contreras , Manuel J. Romero, R. Noufi. Characterization of Cu(In,Ga)Se2materials used in record performance solar cells. Thin Solid Films 511—512 (2006) 51-54[2] R. Kaigawa , T. Wada , S. Bakehe , R. Klenk. Three-stage evaporation of Cu(In,Ga)S2 solar cell absorber films without KCN treatment and Na control. Thin Solid Films 511 - 512 (2006) 430 — 433[3] Neelkanth G. Dhere. Present status and fiiture prospects of CIGSS thin film solar cells. SolarEnergy Materials & Solar Cells 90 (2006) 2181—2190 [4] Th. Hahn, H. Metzner , J. Cieslak . Epitaxial Cu(In,Ga)S2 thin film solar cells . Journal ofPhysics and Chemistry of Solids 66 (2005) 1899—1902 [5] T. Wilhelm, B. Berenguier, M. Aggourl. 8% efficient C11InS2 solar cells byelectrochemically removed Cu-S Phases, 丁hin Solid Films 480^481 (2005) [6] BuElent M. Basfiol. Low cost techniques for the preparation of Cu(In,Ga)(Se,S)2 absorberlayers. Thin Solid Films 361-362 (2000) 514-519 [7] Karsten Otte , Liudmila Makhov, Alexander Braun . Flexible Cu(In,Ga)Se2 thin-film solarcells for space application. Thin Solid Films 511 — 512 (2006) 613 - 622 [8] Adolf Goetzberger, Christopher Hebling, Hans-Werner Schoek. Photovoltaic materials,history, status and outlook. Materials Science and Engineering R 40 (2003) 1-46附图说明图1为传统薄膜太阳能电池的结构和制备流程示意图。图2为本发明提出的新的薄膜太阳能电池结构和制备流程示意图。图中标号:l玻璃,2金属钼薄膜,3铜-铟-硒薄膜,4氧化锌薄膜,5顶电极,6玻璃基底,7透明导电层,8纳米线阵列,9 P型吸收层,10电极。具体实施方式下面举例进一步描述本发明。 步骤l 透明导电层的制备以玻璃为基底,采用直流磁控溅射法制备IT0透明导电薄膜:溅射温度330 'C,氧 氩比l: 40,溅射压强0.45 Pa。制备的IT0透明导电薄膜厚度为180-220nm。 步骤2 纳米线阵列生长以Zn0纳米线阵列的生长为例描述纳米线阵列的制备。配制5mM的Zn(N03)2与5mM的六亚甲基四胺的混合溶液,以ITO透明导电薄膜为阴 极,金箔为阳极,控制电压1.5V,将混合溶液置于85-95'C的水浴炉中沉积50-70分钟,
制备得到长度约0. 8-1. 2pm、直径约80-120nm的ZnO纳米线阵列。 步骤3 P型吸收层的制备按1: 1: 1.05的化学计量比混合Cu、 In、 Se2,在抽成真空的管式石英炉中烧结制 备成P型黄铜矿结构的CuInSe2多晶体,烧结温度1000-1100。C。再以该多晶体为蒸发源, 以步骤2所述纳米线阵列为衬底,用热蒸发法在衬底上制备CuInSe2多晶薄膜,该层厚度 约为1.8-2. 5罔。步骤4 电极的制备以Ar作为反应气体,在P型吸收层上溅射一层金属钼作为电极。溅射压强0.8 Pa,沉 积电流O. 1A,沉积时间18-25min,制备得到金属钼电极厚度约为450-550nm。

Claims (4)

1一种纳米结构薄膜太阳能电池,其特征在于具体结构如下: 以玻璃为基底,在其上有一层透明导电层; 在导电层上有用溶液法或其它纳米线制备方法制备的ZnO、TiO2或Cu2O材料的纳米线阵列; 在纳米线阵列上有一层P型吸收层; 上面是电极。
2、根据权利要求1所述的纳米结构薄膜太阳能电池,其特征在于所述的透明导电层 材料为IT0、 Ti02或Zn0。
3、 根据权利要求1所述的纳米结构薄膜太阳能电池,其特征在于所述的P型吸收层材 料为铜-铟-硒、铜-铟-硫或铜-铟-镓-硒。
4、 如权利要求1-3之一所述的纳米结构薄膜太阳能电池的制备方法,其特征在于具 体步骤如下:第一步:以玻璃为基底,在其上溅射一层透明导电层;第二步:在透明导电层上用溶液法或其它纳米线制备方法制备一层ZnO、 Ti(X或Cu20 材料的纳米线阵列;第三步:在纳米线阵列上制备P型吸收层; 第四步:在P型吸收层上制备电极。
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