CN106409971A - 一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池及其制备方法 - Google Patents

一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有体异质结结构的全溶液加工的高效纳米晶太阳电池及其制备方法，属于光电器件领域。所述太阳电池由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、混合层、光活性层、阳极从下到上依次层叠构成。所述混合层是指窗口层材料与光活性层材料混合的纳米晶层。所述窗口层指CdSe、CdS或ZnS纳米晶薄膜；光活性层由一层或多层CdTe纳米晶层组成；而混合层为具有不同组分的CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe薄膜。本发明所获得的体异质结结构的高效纳米晶太阳电池与一般的双层异质结结构纳米晶太阳电池相比，能量转换率及短路电流有大幅提高。本发明采用全溶液法加工，制备工艺简单，且制作成本低。

Description

一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明属于光电器件领域，具体涉及一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池及其制备方法。
背景技术
二十一世纪全球消耗的最主要能源是化石能源，随着人类的不断开采，化石能源终将枯竭，而且化石能源在使用过程中产生大量的温室气体和污染烟尘。能源枯竭、温室效应、环境污染成为人类面临的重要问题，这使清洁新能源的发展至关重要。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，被认为是二十一世纪最重要的新能源。目前广泛应用的传统硅太阳电池，具有其制备成本高，环境污染大，制备工艺繁琐等缺点。纳米晶太阳电池以其可溶液法加工，带隙易于调控，原材料用量少等优点，成为广泛关注的研究领域。
2005年，Alivisatos(I.Gur,N.A.Fromer,M.L.Geier,A.P.Alivisatos,Science,2005,310,462.)研究小组借鉴有机聚合物溶液成膜的方法，采用旋涂的方法，成功制备了以CdTe、CdSe纳米晶分别作为给体-受体材料所组成的全无机纳米晶太阳电池，其电池结构为：ITO/CdTe(100nm)/CdSe(100nm)/Al。整个器件是典型的二极管结构，其中CdTe层是用于吸收太阳光并产生电子空穴对的给体层，CdSe层是用于传输电子的窗口层。在标准AM1.5模拟太阳光照射下，其短路电流为13.2mA/cm2，开路电压为0.45V，填充因子为49％，转化效率为2.9％。由于CdTe和CdSe能级匹配程度不高，开路电压过低，这种电池的转换效率偏低。用溶液法加工的全无机纳米晶太阳电池有很大的发展潜力，成为关注的热点。
2010年，Anderson(J.D.Olson,Y.W.Rodriguez,L.D.Yang,G.B.Alers,S.A.Carter,Appl.Phys.Lett.,2010,96,242103.)研究小组，在Alivisatos研究小组的基础上，开发了非铝金属电极，同时研究了不同CdTe、CdSe层厚度对器件性能的影响，发现增加CdTe层的厚度可以获得更好的能量转化效率，最好器件的转化效率也仅为2.6％。主要原因是薄膜仍存在大量的晶界和缺陷态，和晶粒尺寸控制问题。
2011年，Jasieniak(J.Jasieniak,B.I.MacDonald,S.E.Watkins,P.Mulvaney,NanoLett.,2011,11,2856.)研究小组引入ZnO纳米晶作为受体材料，采用全溶液层层叠加的方法，制备了CdTe/ZnO纳米晶异质结太阳电池，能量转换效率达到6.9％。由于热处理过程中出现较大的应力，薄膜晶体的周期性遭到破坏，采用layer-by-layer方法可以降低每一层的膜厚从而减少应力的破坏，同时，下一层能够很好地补偿上一层产生的缺陷，提高了晶体层的整体质量。
2013年，Donghuan Qin(Donghuan Qin,Yiyao Tian,Yijie Zhang,Yizhao Lin,Kou Gao,J NanopartRes,(2013)15:2053)研究小组采用层层旋涂烧结加工的方法，成功制备了ITO/ZnO-In/CdS/MoOx/Ag倒置结构的无机纳米晶太阳电池，其效率达到3.73％。采用倒置结构的电池，减少了光在器件里的传播距离，使入射光离p-n结距离更近，有利于载流子的收集，从而提高了对光的吸收效率。由溶胶法制备的ZnO-In，经过旋涂烧结形成的界面层更加地致密平滑，保证了CdS层的平整均一，有效避免了由于CdTe层与ITO层直接接触造成的漏电流，器件的性能得以提高。但由于窗口层CdS对短波长光的响应较差，降低了器件在短波长范围的响应，制约了器件转化效率的提高。
2014年，Troy K.Townsend(Troy K.Townsend,Edward E.Foos.Phys Chem.Chem.Phys,2014,16,16458)研究小组成功制备了结构为ITO/CdSe/CdTe/Au的全溶液无机纳米晶太阳电池，其中采用全溶液法加工ITO和Au电极的电池转换效率为1.7％，采用商业ITO电极和溶液法加工Au电极的电池转换效率为2.0％，采用溶液法加工ITO和蒸镀法Au电极的电池转换效率为1.3％，同时采用商业ITO电极和蒸镀法Au电极的电池转换效率达到3.8％。由于CdSe直接沉积在ITO上，产生较多的缺陷，容易造成器件短路，导致开路电压以及填充因子较低，电池的转换效率不高。
2014年，Donghuan Qin(Han Liu,Yiyao Tian,Yijie Zhang,Kuo Gao,Kuankuan Lu,Rongfang Wu,Donghuan Qin,J.Mater.Chem.C,2015,3,4227)研究小组采用溶液加工法，通过层层旋涂烧结的方法，成功制备了ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Au倒置结构的无机纳米晶太阳电池，电池效率达到5.81％。采用倒置结构保证了器件的稳定性，ZnO层的存在保证了CdSe层的平整性，采用CdSe作为窗口材料提高了器件对短波长光的吸收利用率，使电池效率有所提升。但由于CdSe与CdTe之间接触面存在界面态，缺陷的存在造成了漏电流的产生，短路电流较低，限制了电池效率的提高。
一般而言，倒置结构的CdTe纳米晶异质结太阳电池的结构由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、光活性层、阳极依次层叠构成。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明首要目的是提供一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池。
本发明另一目的在于提供一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池的制备方法。
本发明的目的通过下述方案实现。
一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，所述太阳电池由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、混合层、光活性层和阳极从下到上依次层叠构成，其中所述的混合层为窗口层材料与光活性层材料混合的纳米晶层。
相比于传统倒置结构的CdTe纳米晶异质结太阳电池的结构由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、光活性层、阳极依次层叠构成，本发明的太阳电池增加了混合层，形成体异质结结构。所述体异质结结构，减少窗口层与光活性层间的接触界面态，有效提高载流子寿命，有利于载流子的收集，明显提高了太阳电池的短路电流。
优选的，所述光活性层为CdTe纳米晶层，厚度为100～700nm，优选为300～700nm，进一步优选为400～600nm，更优选为400nm，由一层或多层CdTe纳米晶层组成。
优选的，所述窗口层为CdSe、CdS和ZnS纳米晶薄膜中的一种，厚度为10～100nm；
优选的，所述的混合层是CdSe、CdS或ZnS含量为10-90wt％的CdSe:CdTe或CdS:CdTe或ZnS:CdTe薄膜，厚度为20～300nm。
优选的，所述的阴极为氧化铟锡导电膜(ITO)，厚度为80～200nm；所述的阴极界面层为ZnO薄膜，厚度为20～100nm；所述的阳极为Au，厚度为80～200nm，优选为80nm。
以上所述的一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池的制备方法，步骤如下：
1)将附着有阴极的玻璃衬底清洗，干燥；
2)采用溶液法在阴极表面沉积阴极界面层：将前驱体溶解在有机溶剂中，得到溶胶；再将溶胶采用旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在阴极上，得到阴极界面层；
3)采用溶液法在阴极界面层上沉积窗口层：将CdSe、CdS或ZnS纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液，再将分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在阴极界面层上，得到CdSe、CdS或ZnS纳米晶层，形成窗口层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂；
4)采用溶液法在窗口层上沉积混合层：将CdSe、CdS和ZnS中与步骤3)所述窗口层相同的一种纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液A；将CdTe纳米晶溶解于有机溶剂中,得到分散液B；将分散液A与分散液B按CdSe、CdS或ZnS在CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe中的含量为10-90wt％进行混合，得到CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe混合分散液；将混合分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在窗口层上，得到CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe纳米晶层，形成混合层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂；
5)采用溶液法在混合层上沉积光活性层：将CdTe纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液，再将分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在混合层上，得到CdTe纳米晶层，形成光活性层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂；
6)采用蒸镀法在光活性层上先后镀上氧化膜和阳极，得一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池。
优选的，步骤1)所述的附着有阴极的玻璃衬底为ITO导电玻璃衬底。
优选的，步骤2)所述的前驱体为二水醋酸锌，所述的有机溶剂为乙醇胺和乙二醇甲醚，所述溶胶的浓度为0.01-1g/ml。
优选的，步骤3)、步骤4)和步骤5)所述的有机溶剂均为正丙醇、吡啶、奈啶、甲基吡啶、苯甲醇或体积分数为1:1的吡啶/正丙醇混合溶剂等。
优选的，步骤3)和步骤5)所述的分散液的浓度均为0.001～1g/mL。
优选的，步骤4)所述的分散液A与分散液B的浓度均为0.001～1g/mL。
所述窗口层、混合层、光活性层的厚度通过调节转速以及控制纳米晶的浓度来控制。
为了提高窗口层、混合层、光活性层的质量，在旋涂结束后，需要对薄膜进行热处理以及化学处理。
CdTe纳米晶参照文献(S.Sun,H.M.Liu,Y.P.Gao,D.H.Qin,J.Materials.Chemistry.,2012,517,6853–6856.)制备得到。
在阴极基片上依次制备的阴极界面层、窗口层、混合层、光活性层薄膜均在常规的化学通风厨中进行，不需要任何的气体保护或者特别洁净措施。
本发明的机理为：
本发明太阳电池具有体异质结结构，在窗口层与光活性层之间增加混合层，减少层与层之间的接触界面态，有效提高载流子寿命，有利于载流子的收集；采用倒置结构，保证结区靠近入射光入射面；阳极采用高功函数Au作为空穴电极，防止了金属电极被氧化，保证阳极的稳定性；采用全溶液法加工技术，制备得到超薄化层，制备工艺简单。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明太阳电池具有体异质结结构，在窗口层与光活性层之间增加混合层，减少层与层之间的接触界面态，有效提高载流子寿命，有利于载流子的收集，提高了太阳电池的短路电流，能量转换效率达到6.25％。
(2)本发明太阳电池采用倒置结构，保证结区靠近入射光入射面，保证了载流子的高效收集和分离，可大幅提高倒置结构的具有体异质结太阳电池的性能。
(3)本发明太阳电池的阳极采用高功函数Au作为空穴电极，防止了金属电极被氧化，保证阳极的稳定性，延长了太阳电池的使用寿命。
(4)本发明太阳电池采用全溶液法加工技术，制备得到超薄化层，实现太阳电池的超薄化。
(5)本发明太阳电池的制备工艺简单、节省原料，容易实现大规模生产。
附图说明
图1为本发明提供的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池的结构示意图。
图2为结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的纳米晶太阳电池的性能衰减情况图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一、制备具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池：
(1)清洗ITO导电玻璃衬底：ITO导电玻璃衬底从珠海凯威电子元器件有限公司购买，规格为15mm×15mm，ITO厚度为130nm，方块电阻为20欧姆/方块。将玻璃衬底放在洗片架上，依次用丙酮在温度30℃下超声处理15分钟，用半导体专用洗涤剂在温度45℃下超声处理15分钟，用去离子水超声处理10分钟并重复5次，用异丙醇在温度30℃下超声处理10分钟；超声处理完成后，放入鼓风干燥箱100℃烘干2小时。
(2)制备阴极界面层：
①制备ZnO溶胶：取3.2925g二水醋酸锌、0.9ml乙醇胺、30ml乙二醇甲醚装入三口瓶中，在氮气保护下油浴搅拌加热至80℃，回流1小时。得到无色透明ZnO溶胶，装入西林瓶中，通入氮气密封备用。
②制备ZnO薄膜：用0.45μm滤头将上述ZnO溶胶过滤后，滴在步骤(1)所述的ITO导电玻璃衬底上，用匀胶机在3000rpm转速下旋涂20s，置于加热台上，在200℃下热处理10min，然后在400℃下热处理10min，冷却至室温后，依次在丙酮、异丙醇中超声处理10min，用氮气枪吹干，得到厚度为40nm的ZnO薄膜。
(3)制备窗口层(以CdSe纳米晶为例)：
①制备CdSe纳米晶：取906mg十四酸镉、2.35g三辛基氧化膦、92mg肉豆蔻酸装入三口瓶中，在氮气保护下加热至244℃，此时呈淡黄色溶液；取1mlSe浓度为0.8mmol/ml的TOP-Se(三辛基磷－硒)迅速加入三口瓶中，反应在240℃下维持30分钟；用甲醇清洗3次，离心分离得到沉淀物；将沉淀物溶解在15ml吡啶中，在氮气保护下，保持温度90℃，回流12小时；回流结束后加入60ml正己烷，离心分离得到产物，并用氮气吹干，得到CdSe纳米晶。(CdS纳米晶参照文献(Y.C.Li,X.H.Li,C.H.Yang,Y.F.Li,Controlled synthesis of CdS nanorods and hexagonal nanocrystals,J.Mater.Chem.2003,13:2641-2648.)制备得到；ZnS纳米晶参照文献(L.S.Li,N.Pradhan,Y.J.Wang,X.G.Peng,High qualityZnSe and ZnS nanocrystals formed by activating zinc carboxylate precursors,Nano.Lett.2004,4:2261-2264.)制备得到。
②制备CdSe纳米晶分散液：将上述CdSe纳米晶溶解在2.4ml正丙醇和2.4ml吡啶的混合溶剂中，超声处理20分钟，用0.45μm滤头过滤，得到浓度为30mg/ml的CdSe纳米晶分散液。(采用类似方法制备CdS或ZnS纳米晶分散液。)
③制备CdSe薄膜：将步骤(2)所得的基片放在匀胶机上，滴加上述CdSe纳米晶分散液，在3000rpm转速下旋涂20s，置于加热台上150℃加热10min，去除有机溶剂，置于加热台上350℃热处理40s，重复上述步骤，得到2层CdSe薄膜，然后置于加热台上350℃热处理30min，在异丙醇中超声处理3min，用氮气枪吹干，得到厚度为40nm的CdSe薄膜。(采用类似方法制备CdS或ZnS薄膜。)
(4)制备混合层：
①制备CdTe纳米晶：取906mg十四酸镉、2.35g三辛基氧化膦、92mg肉豆蔻酸装入三口瓶中，在氮气保护下加热至244℃，此时呈淡黄色溶液；取1ml Te浓度为0.8mmol/ml的TOP-Te(三辛基磷－碲)迅速加入三口瓶中，反应在240℃下维持30分钟；用甲醇清洗3次，离心分离得到沉淀物；将沉淀物溶解在15ml吡啶中，在氮气保护下，保持温度90℃，回流12小时；回流结束后加入60ml正己烷，离心分离得到产物，并用氮气吹干，得到CdTe纳米晶。
②制备CdTe纳米晶分散液：将上述CdTe纳米晶溶解在1.8ml正丙醇和1.8ml吡啶的混合溶剂中，超声处理20分钟，用0.45μm滤头过滤，得到浓度为50mg/ml的CdTe纳米晶分散液。
③制备CdSe：CdTe纳米晶混合分散液：将步骤(3)所述CdSe纳米晶溶解在1.8ml正丙醇和1.8ml吡啶的混合溶剂中，超声处理20分钟，用0.45μm滤头过滤，得到浓度为40mg/ml的CdSe纳米晶分散液；将上述浓度为40mg/ml的CdSe纳米晶分散液与上述浓度为50mg/ml的CdTe纳米晶分散液分别按CdSe在混合层中的含量为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、90wt％进行混合，将混合分散液超声处理20分钟，使其混合充分，得到一定组分的CdSe：CdTe纳米晶混合分散液。(采用类似方法制备CdS:CdTe或ZnS:CdTe纳米晶混合分散液)
④制备混合层薄膜：将步骤(3)所得的基片放在匀胶机上，滴加上述CdSe：CdTe纳米晶混合分散液，在1100rpm转速下旋涂20s，置于加热台上150℃加热3min，去除有机溶剂，浸入饱和CdCl2甲醇溶液中10s，然后浸入正丙醇中，用氮气枪吹干，然后置于加热台上350℃热处理40s，冷却至室温后，浸入甲醇中，用氮气枪吹干，得到厚度为70nm的混合层薄膜。根据需要，重复旋涂，得到不同厚度的混合层薄膜。
(5)制备光活性层：
①制备CdTe纳米晶：取906mg十四酸镉、2.35g三辛基氧化膦、92mg肉豆蔻酸装入三口瓶中，在氮气保护下加热至244℃，此时呈淡黄色溶液；取1mlTe浓度为0.8mmol/ml的TOP-Te(三辛基磷－碲)迅速加入三口瓶中，反应在240℃下维持30分钟；用甲醇清洗3次，离心分离得到产物；将产物溶解在20ml吡啶中，在氮气保护下，保持温度90℃，回流12小时；回流结束后加入60ml正己烷，离心分离得到产物，并用氮气吹干，得到CdTe纳米晶。
②制备CdTe纳米晶分散液：将上述CdTe纳米晶溶解在体积比为1:1的正丙醇/吡啶混合溶剂中，浓度为50mg/ml，超声处理20分钟，用0.45μm滤头过滤，得到CdTe纳米晶分散液。
③制备CdTe薄膜：将步骤(4)所得的基片放在匀胶机上，滴加上述CdTe纳米晶分散液，在1100rpm转速下旋涂20s，置于加热台上150℃加热3min，去除有机溶剂，浸入饱和CdCl2甲醇溶液中10s，然后浸入正丙醇中，用氮气枪吹干，然后置于加热台上350℃热处理40s，冷却至室温后，浸入甲醇中，用氮气枪吹干，得到厚度为100nm的CdTe薄膜。重复旋涂5次，得到5层CdTe纳米晶，旋涂一层饱和CdCl2甲醇溶液，置于加热台上330℃热处理25min，在甲醇中超声处理3min，用氮气枪吹干，得到厚度为500nm的CdTe薄膜。
(6)蒸镀阳极：将步骤(5)所得的基片置于真空镀腔中，3×10－4Pa的高真空下，蒸镀Au，厚度为80nm，得到阳极。
将所得器件进行封装，得到结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池(采用类似方法制备得到ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au或ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的纳米晶太阳电池)，结构示意图如图1所示。
二、CdTe纳米晶太阳电池的性能测定：
太阳电池是能量转换器件，要将太阳能转换为电能，所以任何太阳电池器件性能参数的测定，最终都要以太阳光为测试标准。实验室中常用的AM1.5G测量标准的辐射照度是1000W/m2。当用太阳模拟光进行纳米晶太阳电池性能测试时，首先要用标准电池确定光源是否复合AM1.5G的辐照度。标准硅太阳电池经过校准：在AM1.5G标准光谱下，即1000W/m2的辐射照度的光照射下，得到的短路电流为125mA。确定辐照强度后，即可对器件进行测试。用太阳模拟光进行太阳电池性能测试，太阳电池的能量转换效率：
其中PMAX为最大输出功率(单位：mW)，Pin为辐射照度(单位：mW/cm2)，S为器件的有效面积(单位：cm2)。测量聚合物本体异质结太阳电池性能的设备装置如表1所示。
表1
以下实施例的制备方法与本实施例的方法一致，只是改变各层厚度或混合含量。
实施例2
CdSe:CdTe混合层不同厚度对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用CdSe在混合层中的含量为50wt％的CdSe:CdTe纳米晶混合分散液,通过控制旋涂转速及旋涂层数，得到厚度为40nm，60nm，80nm，100nm，150nm，200nm，300nm的CdSe:CdTe混合层薄膜；与结构为ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Au的异质结纳米晶太阳电池进行性能测定并进行对比，对比器件除没有混合层外，其余制作工艺相同，结果见表2。
表2
由表2可以看到，与传统不含混合层的异质结纳米晶太阳电池相比，增加混合层的体异质结纳米晶太阳电池转换效率和短路电流两项参数明显提高，其中当混合层厚度为80nm，纳米晶太阳电池的性能最佳。表明本分明提出的体异质结结构对改善器件性能有重要作用。
分析上述结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池的性能衰减情况，结果见图2。在储存初期，纳米晶太阳电池的开路电压和能量转换效率均有提升，并在第三天能量转换效率达到最高峰。最高能量转换效率达到6.25％，此时开路电压为0.6V,短路电流密度为20.91mA/cm2，填充因子为49.90％。
实施例3
混合层中不同CdSe含量对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中在混合分散液的制备过程中，分别按CdSe在混合层中的含量为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、90wt％进行混合，混合层薄膜只旋涂一层，得到具有不同CdSe含量混合层的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表3。
表3
由表3可以看到，当混合层中CdSe含量为50wt％时，纳米晶太阳电池的性能最佳。
实施例4
不同CdTe层厚度对ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au纳米晶电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用CdSe在混合层中的含量为50wt％的CdSe:CdTe纳米晶混合分散液，混合层薄膜旋涂一层，分别旋涂3层、4层、5层CdTe薄膜作为光活性层，得到CdTe层厚度为400nm，500nm，600nm的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表4。
表4
由表4可以看到，当结构为ITO/ZnO/CdSe/CdSe:CdTe/CdTe/Au的纳米晶太阳电池的光活性层CdTe层厚度为400nm时，纳米晶太阳电池的性能最佳。
实施例5
CdS:CdTe混合层不同厚度对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用CdS在混合层中的含量为50wt％的CdS:CdTe纳米晶混合分散液,通过控制旋涂转速及旋涂层数，得到厚度为40nm，80nm，150nm的CdS:CdTe混合层薄膜；与结构为ITO/ZnO/CdS/CdTe/Au的异质结纳米晶太阳电池进行性能测定并进行对比，对比器件除没有混合层外，其余制作工艺相同，结果见表5。
表5
由表5可以看到，当CdS:CdTe混合层厚度为80nm时，纳米晶太阳电池的开路电压、填充因子与能量转换效率最佳。
实施例6
混合层中不同CdS含量对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中在混合分散液的制备过程中，分别按CdS在混合层中的含量为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、90wt％进行混合，混合层薄膜只旋涂一层，得到具有不同CdS含量混合层的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表6。
表6
由表6可以看到，当混合层中CdS含量为50wt％时，纳米晶太阳电池的短路电流密度与能量装换效率最佳。
实施例7
不同CdTe层厚度对ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au纳米晶电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用CdS含量为50wt％的CdS:CdTe纳米晶混合分散液，混合层薄膜旋涂一层，分别旋涂3层、4层、5层CdTe薄膜，得到CdTe层厚度为300nm，400nm，400nm的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表7。
表7
由表7可以看到，当结构为ITO/ZnO/CdS/CdS:CdTe/CdTe/Au的纳米晶太阳电池的CdTe层厚度为400nm时，纳米晶太阳电池的性能最佳。
实施例8
ZnS:CdTe混合层不同厚度对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用ZnS在混合层中的含量为50wt％的ZnS:CdTe纳米晶混合分散液,通过控制旋涂转速及旋涂层数，得到厚度为40nm，80nm，150nm的ZnS:CdTe混合层薄膜；与结构为ITO/ZnO/ZnS/CdTe/Au的异质结纳米晶太阳电池进行性能测定并进行对比，对比器件除没有混合层外，其余制作工艺相同，结果见表8。
表8
由表8可以看到，当ZnSe:CdTe混合层厚度为80nm时，纳米晶太阳电池的开路电压、填充因子和能量转换效率最佳。
实施例9
混合层中不同ZnS含量对纳米晶太阳电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中在混合分散液的制备过程中，分别按ZnS在混合层中的含量为10wt％、30wt％、50wt％、70wt％、90wt％进行混合，混合层薄膜只旋涂一层，得到具有不同ZnS含量混合层的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表9。
表9
由表9可以看到，当混合层中ZnS含量为50wt％时，纳米晶太阳电池的开路电压、填充因子和能量转换效率最佳。
实施例10
不同CdTe层厚度对ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au纳米晶电池的影响：
根据具体实施方式，制备结构为ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au的具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其中选用ZnS在混合层中的含量为50wt％的ZnS:CdTe纳米晶混合分散液，混合层薄膜旋涂一层，分别旋涂3层、4层、5层CdTe薄膜，得到CdTe层厚度为400nm，500nm，600nm的纳米晶太阳电池，对其进行性能测定，结果见表10。
表10
由表10可以看到，当结构为ITO/ZnO/ZnS/ZnS:CdTe/CdTe/Au的纳米晶太阳电池的CdTe厚度为500nm时，纳米晶太阳电池的开路电压、填充因子和能量转换效率最佳。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其特征在于，所述太阳电池由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、混合层、光活性层和阳极从下到上依次层叠构成，其中所述的混合层为窗口层材料与光活性层材料混合的纳米晶层。
2.根据权利要求1所述的一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其特征在于，所述光活性层为CdTe纳米晶层，厚度为100～700nm，由一层或多层CdTe 纳米晶层组成。
3.根据权利要求1所述的一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其特征在于，所述窗口层为CdSe、CdS和ZnS纳米晶层中的一种，厚度为10～100nm；所述的混合层是CdSe、CdS或ZnS含量为10-90 wt%的CdSe:CdTe或CdS:CdTe或ZnS:CdTe层，厚度为20～300nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池，其特征在于，所述的阴极为氧化铟锡导电膜，厚度为80～200nm；所述的阴极界面层为ZnO薄膜，厚度为20～100nm；所述的阳极为Au，厚度为80～200nm。
5.制备权利要求1-4任一项所述的一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池的方法，其特征在于，步骤如下：
1）将附着有阴极的玻璃衬底清洗，干燥；
2）采用溶液法在阴极表面沉积阴极界面层：将前驱体溶解在有机溶剂中，得到溶胶；再将溶胶采用旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在阴极上，得到阴极界面层；
3）采用溶液法在阴极界面层上沉积窗口层：将CdSe、CdS或ZnS纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液，再将分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在阴极界面层上，得到CdSe、CdS或ZnS纳米晶层，形成窗口层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂；
4）采用溶液法在窗口层上沉积混合层：将CdSe、CdS和ZnS中与步骤3）所述窗口层相同的一种纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液A；将CdTe纳米晶溶解于有机溶剂中,得到分散液B；将分散液A与分散液B按CdSe、CdS或ZnS在CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe中的含量为10-90 wt%进行混合，得到CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe混合分散液；将混合分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在窗口层上，得到CdSe:CdTe、CdS:CdTe或ZnS:CdTe纳米晶层，形成混合层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂；
5）采用溶液法在混合层上沉积光活性层：将CdTe 纳米晶溶解于有机溶剂中，得到分散液，再将分散液经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷、印刷或喷墨打印方式沉积在混合层上，得到CdTe 纳米晶层，形成光活性层；所述的有机溶剂为极性有机溶剂； 6）采用蒸镀法在光活性层上先后镀上阳极，得一种具有体异质结结构的全溶液法加工的高效纳米晶太阳电池。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的附着有阴极的玻璃衬底为ITO导电玻璃衬底。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的前驱体为二水醋酸锌，所述的有机溶剂为乙醇胺和乙二醇甲醚，所述溶胶的浓度为0.01-1g/ml。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3）、步骤4）和步骤5）所述的有机溶剂均为正丙醇、吡啶、奈啶、甲基吡啶、苯甲醇或体积分数为1:1 的吡啶/ 正丙醇混合溶剂。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3）和步骤5）所述的分散液的浓度均为0.001 ～ 1g/mL。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的分散液A与分散液B的浓度均为0.001 ～ 1g/mL。
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