CN204189801U - 一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池 - Google Patents

一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及太阳能电池，具体的说是涉及一种双节型钙钛矿、铜铟镓 硒太阳能电池，它包括：上层的钙钛矿层、下层的铜铟镓硒层，所述钙钛矿层包括依次层压在一起的上透明导电层、钙钛矿吸收层、下透明导电层；所述铜铟镓硒层包括依次层压在一起的氧化锌掺铝导电层、氧化锌层、硫化镉薄膜层、铜铟镓硒吸收层、钼导电层、钠钙玻璃基层。双节钙钛矿、铜铟镓硒能加宽光 谱的吸收，使穿过上层薄膜钙钛矿层而未被吸收的光子，能在下层薄膜铜铟镓 硒继续被吸收，转换率能超过 30%。本实用新型具有高转换率功能，适合批量生产。

Description

一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池，具体的说是涉及一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池。
背景技术
现有的薄膜太阳能电池，包括铜铟镓硒（ CIGS）薄膜光伏太阳能电池，材料成本比一般晶体硅太阳能电池要低，但某些薄膜生产结构过于复杂，使总制造成本较高，无法商品化。
到目前为止，一般薄膜太阳能制造厂家的生产成本，尚未能低于煤油发电的生产成本，阻碍薄膜太阳能进入商品化生产；而平均转换率方面，也只能接近晶体硅，或略略低于晶体硅 ，有待进一步提高。
一般钙钛矿太阳能电池，使用几百钠米，有或无介孔支架的吸收层，夹心在电子（ETL）及孔穴（HTL）传递层；当吸收层采钠到光子时，吸收层载体传送电荷及孔穴至正负电极的两个端头；要加大转换效率，需正确处理好载体经过的每个界面，按能量下滑功能函数，优化每个界面层，包括：透明前电极层，二氧化钛支架层，钙钛矿吸收层，及透明螺二甲氧基苯基孔穴传送层等。
有关孔穴传送层（HTL），由于此材料昂贵，并严重影响电池的寿命，我们另一种做法是除掉一般介孔甲胺碘铅（mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2）钙钛矿太阳能电池常用的孔穴传送层（HTL），这里我们使用甲胺碘（CH3NH3I）和二化碘铅（PbI2）溶液沉积在二氧化钛（TiO2）支架层；使甲胺碘铅钙钛层（CH3NH3PbI3）同时有光子吸收及孔穴传递两种功能。
实用新型内容
针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：
一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，它包括：
上层的钙钛矿层，所述钙钛矿层包括依次层压在一起的上透明导电层、钙钛矿吸收层、下透明导电层；
下层的铜铟镓硒层，所述铜铟镓硒层包括依次层压在一起的氧化锌掺铝导电层、氧化锌层、硫化镉薄膜层、铜铟镓硒吸收层、钼导电层、钠钙玻璃基层。
进一步的，所述钙钛矿层与铜铟镓硒层两个节层重叠，中间设置有透明的绝缘层。
进一步的，所述钠钙玻璃基层的厚度在1~4mm之间。
进一步的，所述钼导电层为钼薄膜，其厚度在0.35~1微米之间。
进一步的，所述铜铟镓硒吸收层为1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒薄膜或1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒的晶体,所述铜铟镓硒吸收层的上层表面，将形成带“p-n 结”薄膜区域。
进一步的，所述硫化镉层为0.05 微米厚的硫化镉层。
进一步的，所述氧化锌层为0.1微米厚的绝缘层。
进一步的，所述氧化锌掺铝导电层为0.35 微米厚的导电透明层，在其上表面设置有0.05微米厚的第一镍层，用于加强表面层导电率的导电网格。
进一步的，所述第一镍层上表面设置有3.0 微米厚的铝膜层，该铝膜层为最上一层的导电网格，在其上表面覆有0.05 微米厚的第二镍层，该第二镍层用于保护铝膜层。
进一步的，所述第二镍层上设置有1.0~4.0 毫米厚或3.2 毫米标准厚度的钠钙覆盖玻璃层。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
1.双节钙钛矿、铜铟镓硒能加宽光谱的吸收，使穿过上层薄膜钙钛矿层而未被吸收的光子，能在下层薄膜铜铟镓硒继续被吸收，转换率能超过30%。
2.适合批量生产。
3.高转换率。
附图说明
图1为本实用新型太阳能电池结构示意图。
图2为本实用新型铜铟镓硒层横截面示意图。
附图中标记：上层的钙钛矿层1；下层的铜铟镓硒层2；上透明导电层11；钙钛矿吸收层12；下透明导电层13；氧化锌掺铝导电层21；氧化锌层22；硫化镉薄膜层23；铜铟镓硒吸收层24；钼导电层25；钠钙玻璃基层26；第一镍层27；铝膜层28；第二镍层29；钠钙覆盖玻璃层30。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行详细的阐述。
请参照附图1，本实用新型的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，它包括：上层的钙钛矿层1、下层的铜铟镓硒层2，所述钙钛矿层1与铜铟镓硒层2两个节层重叠，中间设置有透明的绝缘层。所述钙钛矿层1包括依次层压在一起的上透明导电层11、钙钛矿吸收层12、下透明导电层13；所述铜铟镓硒层2包括依次层压在一起的氧化锌掺铝导电层21、氧化锌层22、硫化镉薄膜层23、铜铟镓硒吸收层24、钼导电层25、钠钙玻璃基层26。
请参照附图2，附图2为本实用新型铜铟镓硒层横截面示意图，该图中各部分的厚度如下：
1.钠钙玻璃基层26的厚度在1~4mm之间。
2.钼导电层25为钼薄膜，其厚度在0.35~1微米之间。
3.铜铟镓硒吸收层24为1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒薄膜或1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒的晶体。
4.硫化镉薄膜层23的厚度为0.05 微米。
5.氧化锌层22为0.1微米厚的绝缘层。
6.氧化锌掺铝导电层21为0.35 微米厚的导电透明层，在其上表面设置有0.05微米厚的第一镍层27，用于加强表面层导电率的导电网格。
7.第一镍层27上表面设置有3.0 微米厚的铝膜层28，该铝膜层为最上一层的导电网格，在其上表面覆有0.05 微米厚的第二镍层29，该第二镍层29用于保护铝膜层28。
8.第二镍层29上设置有1.0~4.0 毫米厚或3.2 毫米标准厚度的钠钙覆盖玻璃层30。
9.所述铜铟镓硒吸收层24的上层表面，设置有带“p-n 结”薄膜层2401。
本实用新型的铜铟镓硒层横截面，铜铟镓硒吸收层24的最上层是非常狭窄的p-n结区，经阳光光伏作用所释放的负电荷与腾空的空穴，形成负电荷-孔穴的“p-n”结区域，它必须设置在铜铟镓硒吸收层24的上表面。铜铟镓硒层2的底层，必须有富裕的 “p- ”型导电，而铜铟镓硒吸收层24的上层位置，需减少“p-”型导电成分，使铜铟镓硒薄膜层的上一层的硫化镉薄膜层23里的镉，能往下扩散，渗透到铜铟镓硒吸收层24的上表层，使其转换成“n-”型导电。同时，也要控制好钠钙玻璃中的钠向上渗透，和保证不让硒流失，因为缺铜和有钠掺杂剂的薄膜，皆能促进“p-”型的铜铟镓硒薄膜；而缺硒的薄膜，却能促进“n-”型的铜铟镓硒薄膜。
本实用新型采用“X”光荧光分析仪来查看铜铟镓硒四元素的原子百分比，在约 250°C溅射镀膜后，靶材和薄膜里的四元素成分几乎没有什么变化。同时，铜铟镓硒四元素原子成分，正符合最优化的“alpha相”所需的成分。使用低温溅射，不会使硒流失，并能促进玻璃基板放气，促进薄膜间的粘合度，并启动铜铟镓硒晶体的生长。
本实用新型的双节钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池能加宽光谱的吸收，使穿过上层薄膜钙钛矿层而未被吸收的光子，能在下层薄膜铜铟镓硒继续被吸收，转换率能超过30%，因此，在使用上，比传统的钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池更具有创新性。
双节“钙钛矿/铜铟镓硒”太阳能电池的上层，我们使用优化的“氧化铟锡（ITO）”或“氟参杂锡氧化物（ FTO）”作为透明电极层，使用优化的“甲基碘化胺（CH3NH3I）”及“二氯化铅（PbCl2）”在“二甲基甲酰胺（DMF）”溶液混合后，匀胶在优化的“二氧化钛（TiO2）” 介孔支架，作为吸收层，使用优化的“固态螺环电解质（Spiro-OMeTAD）”作为“孔穴传送层（HTL）”。
双节“钙钛矿/铜铟镓硒”太阳能电池的下层，我们首先使用一块已匹配好“化学成分”的“铜，铟，镓，硒（ CIGS）”等四元素合成固态靶材，在较低的基板温度下，用“脉冲直流电源溅射”或“射频溅射”镀膜，将“铜，铟，镓，硒”等元素，一次性溅射在玻璃基板上；然后再采用带有“硒（Se）”闭封气氛的退火炉。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池， 其特征在于，它包括： 上层的钙钛矿层（1），所述钙钛矿层（1）包括依次层压在一起的上透明 导电层（11）、钙钛矿吸收层（12）、下透明导电层（13）； 下层的铜铟镓硒层（2），所述铜铟镓硒层（2）包括依次层压在一起的氧 化锌掺铝导电层（21）、氧化锌层（22）、硫化镉薄膜层（23）、铜铟镓硒吸收 层（24）、钼导电层（25）、钠钙玻璃基层（26）。
2.根据权利要求 1 所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特 征在于：所述钙钛矿层（1）与铜铟镓硒层（2）两个节层重叠，中间设置有透 明的绝缘层。
3.根据权利要求 1 所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特 征在于：所述钠钙玻璃基层（26）的厚度在 1~4mm 之间。
4.根据权利要求 1 所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特 征在于：所述钼导电层（25）为钼薄膜，其厚度在 0.35~1 微米之间。
5.根据权利要求 1 所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特 征在于：所述铜铟镓硒吸收层（24）为 1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒薄膜或 1.0 微米标准厚度的铜铟镓硒的晶体,所述铜铟镓硒吸收层（24）的上层表面， 将形成带“p-n 结”薄膜区域（2401）。
6.根据权利要求 1 所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其 特征在于：所述硫化镉层（23）为 0.05 微米厚的硫化镉层。
7.根据权利要求1所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于：所述氧化锌层（22）为0.1微米厚的绝缘层。
8.根据权利要求1所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于：所述氧化锌掺铝导电层（21）为0.35 微米厚的导电透明层，在其上表面设置有0.05微米厚的第一镍层（27），用于加强表面层导电率的导电网格。
9.根据权利要求 8所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其特 征在于：所述第一镍层（27）上表面设置有 3.0 微米厚的铝膜层（28），该铝 膜层为最上一层的导电网格，在其上表面覆有 0.05 微米厚的第二镍层（29）， 该第二镍层（29）用于保护铝膜层（28）。
10.根据权利要求9所述的一种双节型钙钛矿、铜铟镓硒太阳能电池，其 特征在于：所述第二镍层（29）上设置有 1.0~4.0 毫米厚或 3.2 毫米标准厚 度的钠钙覆盖玻璃层（30）。
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