CN108281501B - 基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法,属于薄膜太阳能电池领域,叠层薄膜太阳能电池包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极,所述顶电池为Sb2S3薄膜电池,所述底电池为PbS量子点薄膜电池。本发明的叠层电池是由Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池进行叠层而成的,其中Sb2S3薄膜电池的禁带宽度为1.73eV,PbS量子点薄膜电池的禁带宽度可以在1.03eV~1.45eV范围调节,所制备的叠层电池在禁带宽度上实现互补,能够拓宽光谱吸收范围,大幅提高光电转化效率,降低成本。
Description
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池领域,更具体地,涉及一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的高速发展,能源需求会越来越大,化石能源储量有限,而且污染严重,新能源的发展变得尤为迫切,太阳能作为一种清洁可再生的能源有望改善能源问题,太阳能电池的发展尤为重要。
太阳光谱的能量分布范围较宽,单一材料的吸收光谱范围有限,只有能量高于带隙的光才会被吸收,能力较低的光子就无法被吸收,不能充分的利用整个太阳能光谱,因此,太阳光谱的利用效率受到了限制。目前太阳能电池材料主要以硅电池为主,高纯硅的价格较高,叠层电池的制备工艺复杂,成本很高。
由此可见,现有技术存在不能充分利用太阳能光谱、成本高、工艺复杂的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池及其制备方法,由此解决现有技术存在不能充分利用太阳能光谱、成本高、工艺复杂的技术问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池,包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极,所述顶电池为Sb2S3薄膜电池,所述底电池为PbS量子点薄膜电池。
进一步地,Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层。
进一步地,CdS缓冲层的厚度为40nm~100nm,所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm~350nm,所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm~100 nm。
进一步地,PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层,所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2-乙二硫醇处理的PbS 量子点。
进一步地,吸收层的厚度为100nm~300nm,所述空穴传输层的厚度为40nm~80nm,所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm~ 1200nm,所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV~1.45eV。
进一步地,中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层,所述Au层的厚度为0.5nm~2nm,所述ZnO纳米颗粒层的厚度为100nm~250nm。
进一步地,透明导电层为ITO透明导电玻璃,所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω~60Ω,ITO透明导电玻璃的厚度为100nm~250nm,所述金属电极为金电极,所述金电极的厚度为60nm~150nm。
按照本发明的另一方面,提供了一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的制备方法,包括:
(1)在透明导电层表面沉积厚度为40nm~100nm的CdS缓冲层,在 CdS缓冲层上蒸镀厚度为150nm~350nm的Sb2S3薄膜吸收层,在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为20nm~100nm的硒化重掺的Sb2S3层;
(2)在硒化重掺的Sb2S3层上溅射厚度为0.5nm~2nm的Au层,在 Au层上旋涂厚度为100nm~250nm的ZnO纳米颗粒层,在ZnO纳米颗粒层上旋涂厚度为100nm~250nm的吸收层,在吸收层上旋涂厚度为40nm~ 80nm的空穴传输层,在空穴传输层和透明导电层上沉积金属电极,得到叠层薄膜太阳能电池;
所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2-乙二硫醇处理的PbS量子点。
进一步地,透明导电层为ITO透明导电玻璃,所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω~60Ω,ITO透明导电玻璃的厚度为100nm~250nm。
进一步地,金属电极为金电极,所述金电极的厚度为60nm~150nm,所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm~1200nm,所述PbS 量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV~1.45eV。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明的叠层薄膜太阳能电池是采用Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池分别作为顶电池和底电池。Sb2S3薄膜电池的禁带宽度为1.73eV, PbS量子点薄膜电池的禁带宽度可以在1.03~1.45eV范围内变化,所制备的叠层电池在禁带宽度上实现互补,能够拓宽光谱吸收范围,高效的利用整个太阳光谱,大幅提高光电转化效率,降低成本。
(2)本发明的叠层薄膜太阳能电池能够大幅度提升各单节电池的开路电压,提升效率。本发明的Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池的对光谱吸收系数很高,只需要几百纳米就足够吸收所有太阳光,制备电池所需的材料较少,相比于传统块体电池成本大幅度降低。
(3)本发明的主体材料Sb2S3和PbS的元素储量丰富,无需任何提纯工艺,材料价格低廉,制备工艺简单,降低了材料和制备成本。主体材料 Sb2S3和PbS具有高的稳定性,在空气中长时间不变质。
(4)本发明Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层。用CdS/Sb2S3搭配可以实现单结Sb2S3电池最高的开路电压,叠层电池其实是电压的叠加,硒化重掺的Sb2S3层能够增加载流子的收集能力,使得短路电流较大。同时,所述CdS缓冲层的厚度为40nm~100 nm,所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm~350nm,所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm~100nm,由此提升了顶电池效率。
(5)本发明PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层,所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2-乙二硫醇处理的PbS 量子点,使得PbS量子点薄膜电池的光电转化效率高,能够很好的和中间层ZnO匹配,PbS量子点的禁带宽度是可调的,这样就可以和Sb2S3薄膜电池协调。
(6)本发明中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层,这样设置中间层的导电性好,透光性好,跟顶电池和底电池的能级匹配性好。中间复合层中的Au层会使导电性大大增加,减少串联电阻造成的损失,同时ZnO纳米颗粒层的透光性很好,光谱损失小。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的结构示意图;
图2(a)是本发明实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层的XRD图谱;
图2(b)是本发明实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层表面的扫描电镜图;
图2(c)是本发明实施例1提供的Sb2S3薄膜吸收层的光谱吸收图谱;
图3是本发明实施例1提供的不同禁带宽度量子点的光谱吸收图谱;
图4是本发明实施例1提供的叠层薄膜电池的横截面扫描电镜图;
图5(a)是本发明实施例1提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的电学性能图;
图5(b)是本发明实施例1提供的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的外量子效率图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池,包括由上至下的透明导电层4、顶电池1、中间复合层3、底电池2以及透明导电层和底电池下端的金属电极5,所述顶电池为Sb2S3薄膜电池,所述底电池为 PbS量子点薄膜电池。Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层101、Sb2S3薄膜吸收层102、硒化重掺的Sb2S3层103。CdS缓冲层的厚度为40nm~100nm,所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm~350nm,所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm~100nm。PbS量子点薄膜电池包括吸收层201和空穴传输层202,所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2- 乙二硫醇处理的PbS量子点,所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为 850nm~1200nm,所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV~1.45 eV。吸收层的厚度为100nm~300nm,所述空穴传输层的厚度为40nm~80 nm。中间复合层包括Au层301和ZnO纳米颗粒层302,所述Au层的厚度为0.5nm~2nm,所述ZnO纳米颗粒层的厚度为100nm~250nm。透明导电层为ITO透明导电玻璃,ITO透明导电玻璃包括玻璃401和ITO透明导电薄膜402,所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω~60Ω,ITO透明导电玻璃的厚度为100nm~250nm,所述金属电极为金电极,所述金电极的厚度为60nm~150nm。
实施例1
材料制备一、合成不同带隙的PbS量子点:
1)取2.25g PbO、7.5mL油酸、20mL 1-十八烯(ODE)放入50mL 的圆底三口烧瓶中,密封好后100℃加热搅拌抽真空16个小时,直至反应瓶中的PbO完全反应形成均匀透明的溶液,得到铅前驱体。
2)取出700μL六甲基二硅硫烷(TMS)溶于10mL抽过水氧的ODE 中作为硫源待用。向得到的铅前驱体中通入适量的氮气,并将温度调至90℃~150℃之间,迅速注入硫源到铅前驱体溶液中,关掉加热装置,自然冷却至室温,得到混合溶液。
3)将混合溶液取出加入适量丙酮,放入离心机中离心沉淀,然后去掉上清液,加入正辛烷溶解,重复该过程3次,干燥后溶于正辛烷中,得到浓度为50mg/mL的PbS量子点。
材料制备二、合成ZnO纳米颗粒:
1)称量2.95g二水醋酸锌加入125mL的甲醇中,60度搅拌溶解,配得醋酸锌前驱体溶液;
2)称量1.48g KOH加入60mL的甲醇中,配得KOH的甲醇溶液;
3)将KOH的甲醇溶液逐渐滴加在醋酸锌前驱体溶液中,采用滴定管 10-20min滴完,然后搅拌2.5小时;
4)将步骤3)得到的溶液离心后加甲醇洗涤2次,再离心,将固体溶解在氯仿或甲醇中,得到浓度为40mg/mL的ZnO纳米颗粒。
叠层薄膜太阳能具体制备过程:
(1)依次用洗洁精、去离子水、异丙醇、无水乙醇超声清洗电阻为30Ω、厚度为180nm的ITO透明导电玻璃,每项30分钟,然后用氮气吹干。
(2)采用化学水浴沉积方法,在ITO表面沉积一层厚度为80nm的 CdS缓冲层,水浴温度为78℃,沉积时间16.5分钟。
(3)采用近空间快速热蒸发方法,在CdS缓冲层上蒸镀Sb2S3薄膜吸收层,0.4gSb2S3均匀粉末撒在边长为2.5厘米正方形玻璃片上面,同等大小的样品倒扣在距离Sb2S3均匀粉末上方1厘米的位置,盖上石墨块,采用红外加热,采用300℃结晶温度和550℃的蒸发温度,蒸发时间20秒,沉积得到厚度为280nm的Sb2S3薄膜吸收层。从图2(a)的XRD看出,本发明制备的Sb2S3薄膜吸收层的所有峰位都和标准峰对准,最高峰的强度过万,具有极窄的半峰宽,没有任何的杂相。从图2(b)的电镜图可以看出,快速热蒸发工艺制备的Sb2S3薄膜吸收层具有极好的结晶性,整个薄膜平整致密,每一颗晶粒都清晰可见,晶粒大小在300纳米左右。图2(c)是Sb2S3薄膜吸收层的光谱吸收图谱,从其光谱可以得到Sb2S3薄膜吸收层的禁带宽度为1.73eV,能量大于带隙的光基本完全吸收。
(4)采用管式炉硒化方法,在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为60 nm的硒化重掺的Sb2S3层,将样品和0.1g硒粉置于管式炉中,通入氮气保护,退火温度300℃。
(5)采用离子溅射的方法,在硒化重掺的Sb2S3层上溅射一层厚度为 1nm的Au层。
(6)采用旋涂方法,将浓度为40mg/mL的ZnO纳米颗粒的氯仿溶液旋涂在Au层上,转速为4000r/min,150度空气中退火1分钟,得到厚度为150nm的ZnO纳米颗粒层。
(7)将得到的PbS量子点正辛烷溶液和PbI2的DMF溶液混合,分层后去掉上清夜,采用正辛烷洗涤多次,离心后得到PbI2处理的PbS量子点,分散于正丁胺,得到浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,在ZnO纳米颗粒层上旋涂浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,转速2500r/min,80度退火5分钟,得到厚度为200nm的PbS-PbI2层(吸收层)。
(8)采用旋涂方法,在PbS-PbI2层表面旋涂两层EDT处理的PbS量子点,转速2500r/min,得到厚度为60nm的空穴传输层。
(9)采用真空蒸镀法,真空度为3×10-3pa,蒸发电流为120A,在空穴传输层和ITO透明导电玻璃上沉积厚度为110nm的金电极,得到叠层薄膜太阳能电池。
在PbS量子点合成过程中,随着注入温度升高,其量子点尺寸会变大,从图3可以看出,得到的PbS量子点都有明显的激子吸收峰,其带隙可以在1.03~1.45eV调节,能够和Sb2S3薄膜电池实现光谱匹配。
叠层薄膜太阳能电池的横截面扫描电镜图如图4所示,叠层电池的每一层都清晰可见,CdS缓冲层101厚度为80nm;Sb2S3薄膜吸收层102厚度为280nm;硒化重掺的Sb2S3层103厚度为60nm;ZnO纳米颗粒层302 厚度为150nm;PbS-PbI2层201厚度为200nm;空穴传输层202厚度为60 nm。
如图5(a)所示,顶电池为Sb2S3薄膜电池,所述底电池为PbS量子点薄膜电池,Sb2S3薄膜电池的开压为0.57V,短路电流密度9.6mA/em2,填充因子48%,效率2.6%;PbS量子点薄膜电池的开压为0.59V,短路电流密度19.1mA/em2,填充因子56%,效率6.3%;Sb2S3薄膜电池和PbS量子点薄膜电池制备的叠层薄膜太阳能电池,开压为1.11V,短路电流密度9.3mA/cm2,填充因子45%,效率4.64%;叠层电池的开路电压明显得到了叠加,其性能也超过了相应的Sb2S3电池,充分利用太阳能光谱。基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的外量子效率如图5(b)所示,顶电池和底电池实现了合理的分配光谱,二者在光谱响应上面实现了很好的匹配,使得整个太阳光谱在400到1000nm范围内得到了充分的利用,该Sb2S3薄膜有望和Si等传统材料辅助实现低成本高稳定性的太阳能电池。
实施例2
(1)依次用洗洁精、去离子水、异丙醇、无水乙醇超声清洗电阻为5Ω、厚度为100nm的ITO透明导电玻璃,每项30分钟,然后用氮气吹干。
(2)采用化学水浴沉积方法,在ITO表面沉积一层厚度为40nm的 CdS缓冲层,水浴温度为78℃,沉积时间16.5分钟。
(3)采用近空间快速热蒸发方法,在CdS缓冲层上蒸镀Sb2S3薄膜吸收层,0.4gSb2S3均匀粉末撒在边长为2.5厘米正方形玻璃片上面,同等大小的样品倒扣在距离Sb2S3均匀粉末上方1厘米的位置,盖上石墨块,采用红外加热,采用300℃结晶温度和550℃的蒸发温度,蒸发时间20秒,沉积得到厚度为150nm的Sb2S3薄膜吸收层。
(4)采用管式炉硒化方法,在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为20 nm的硒化重掺的Sb2S3层,将样品和0.1g硒粉置于管式炉中,通入氮气保护,退火温度300℃。
(5)采用离子溅射的方法,在硒化重掺的Sb2S3层上溅射一层厚度为 0.5nm的Au层。
(6)采用旋涂方法,将浓度为40mg/mL的ZnO纳米颗粒的氯仿溶液旋涂在Au层上,转速为4000r/min,150度空气中退火1分钟,得到厚度为100nm的ZnO纳米颗粒层。
(7)将得到的PbS量子点正辛烷溶液和PbI2的DMF溶液混合,分层后去掉上清夜,采用正辛烷洗涤多次,离心后得到PbI2处理的PbS量子点,分散于正丁胺,得到浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,在ZnO纳米颗粒层上旋涂浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,转速2500r/min,80度退火5分钟,得到厚度为100nm的PbS-PbI2层(吸收层)。
(8)采用旋涂方法,在PbS-PbI2层表面旋涂两层EDT处理的PbS量子点,转速2500r/min,得到厚度为40nm的空穴传输层。
(9)采用真空蒸镀法,真空度为3×10-3pa,蒸发电流为120A,在空穴传输层和ITO透明导电玻璃上沉积厚度为60nm的金电极,得到叠层薄膜太阳能电池。
实施例3
(1)依次用洗洁精、去离子水、异丙醇、无水乙醇超声清洗电阻为60Ω、厚度为250nm的ITO透明导电玻璃,每项30分钟,然后用氮气吹干。
(2)采用化学水浴沉积方法,在ITO表面沉积一层厚度为100nm的 CdS缓冲层,水浴温度为78℃,沉积时间16.5分钟。
(3)采用近空间快速热蒸发方法,在CdS缓冲层上蒸镀Sb2S3薄膜吸收层,0.4gSb2S3均匀粉末撒在边长为2.5厘米正方形玻璃片上面,同等大小的样品倒扣在距离Sb2S3均匀粉末上方1厘米的位置,盖上石墨块,采用红外加热,采用300℃结晶温度和550℃的蒸发温度,蒸发时间20秒,沉积得到厚度为350nm的Sb2S3薄膜吸收层。
(4)采用管式炉硒化方法,在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为100 nm的硒化重掺的Sb2S3层,将样品和0.1g硒粉置于管式炉中,通入氮气保护,退火温度300℃。
(5)采用离子溅射的方法,在硒化重掺的Sb2S3层上溅射一层厚度为 2nm的Au层。
(6)采用旋涂方法,将浓度为40mg/mL的ZnO纳米颗粒的氯仿溶液旋涂在Au层上,转速为4000r/min,150度空气中退火1分钟,得到厚度为250nm的ZnO纳米颗粒层。
(7)将得到的PbS量子点正辛烷溶液和PbI2的DMF溶液混合,分层后去掉上清夜,采用正辛烷洗涤多次,离心后得到PbI2处理的PbS量子点,分散于正丁胺,得到浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,在ZnO纳米颗粒层上旋涂浓度为150mg/mL的PbI2处理的PbS量子点的正丁胺溶液,转速2500r/min,80度退火5分钟,得到厚度为300nm的PbS-PbI2层(吸收层)。
(8)采用旋涂方法,在PbS-PbI2层表面旋涂两层EDT处理的PbS量子点,转速2500r/min,得到厚度为80nm的空穴传输层。
(9)采用真空蒸镀法,真空度为3×10-3pa,蒸发电流为120A,在空穴传输层和ITO透明导电玻璃上沉积厚度为150nm的金电极,得到叠层薄膜太阳能电池。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池,其特征在于,包括由上至下的透明导电层、顶电池、中间复合层、底电池以及透明导电层和底电池下端的金属电极,所述顶电池为Sb2S3薄膜电池,所述底电池为PbS量子点薄膜电池;
所述Sb2S3薄膜电池包括CdS缓冲层、Sb2S3薄膜吸收层、硒化重掺的Sb2S3层;
所述CdS缓冲层的厚度为40nm~100nm,所述Sb2S3薄膜吸收层的厚度为150nm~350nm,所述硒化重掺的Sb2S3层的厚度为20nm~100nm;
所述中间复合层包括Au层和ZnO纳米颗粒层,所述Au层的厚度为0.5nm~2nm,所述ZnO纳米颗粒层的厚度为100nm~250nm。
2.如权利要求1所述的叠层薄膜太阳能电池,其特征在于,所述PbS量子点薄膜电池包括吸收层和空穴传输层,所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2-乙二硫醇处理的PbS量子点,所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm~1200nm,所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV~1.45eV。
3.如权利要求2所述的叠层薄膜太阳能电池,其特征在于,所述吸收层的厚度为100nm~300nm,所述空穴传输层的厚度为40nm~80nm。
4.如权利要求1或2所述的叠层薄膜太阳能电池,其特征在于,所述透明导电层为ITO透明导电玻璃,所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω~60Ω,ITO透明导电玻璃的厚度为100nm~250nm,所述金属电极为金电极,所述金电极的厚度为60nm~150nm。
5.一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括:
(1)在透明导电层表面沉积厚度为40nm~100nm的CdS缓冲层,在CdS缓冲层上蒸镀厚度为150nm~350nm的Sb2S3薄膜吸收层,在Sb2S3薄膜吸收层的表面形成厚度为20nm~100nm的硒化重掺的Sb2S3层;
(2)在硒化重掺的Sb2S3层上溅射厚度为0.5nm~2nm的Au层,在Au层上旋涂厚度为100nm~250nm的ZnO纳米颗粒层,在ZnO纳米颗粒层上旋涂厚度为100nm~250nm的吸收层,在吸收层上旋涂厚度为40nm~80nm的空穴传输层,在空穴传输层和透明导电层上沉积金属电极,得到叠层薄膜太阳能电池;
所述吸收层为PbI2处理的PbS量子点,所述空穴传输层为1,2-乙二硫醇处理的PbS量子点。
6.如权利要求5所述的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述透明导电层为ITO透明导电玻璃,所述ITO透明导电玻璃的电阻为5Ω~60Ω,ITO透明导电玻璃的厚度为100nm~250nm。
7.如权利要求5或6所述的一种基于Sb2S3顶电池的叠层薄膜太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述金属电极为金电极,所述金电极的厚度为60nm~150nm,所述PbS量子点薄膜电池的激子吸收峰位为850nm~1200nm,所述PbS量子点薄膜电池的禁带宽度为1.03eV~1.45eV。
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CN102834929A (zh) * | 2010-02-18 | 2012-12-19 | 韩国化学研究院 | 纳米结构无机-有机异质结太阳能电池的制备方法 |
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