专利名称：一种硫系太阳能电池及其制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池技术，尤其涉及一种硫系太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
现有的太阳能电池主要分为三代第一代电池为硅电池、第二代电池为多元化合物薄膜太阳能电池、第三代电池为基于纳米技术的电池。第一代电池效率高但是成本很高， 无法普及应用；第二代电池成本下降了的同时效率也下降了 ；而现在正出现了基于纳米技术的第三代电池，它的特点就是效率高，成本低，有望满足能源需求。发明内容
发明目的本发明为实现第三代太阳电池的优点，提供一种硫系太阳能电池及其制作方法，该硫系太阳能电池的各纳米晶层光学带隙从宽带隙至窄带隙逐渐变化，从而做到对太阳光谱的全波吸收，增大电池的能量转换效率，硫系太阳能电池制作方法制备成本低。
技术方案一种硫系太阳能电池，包括衬底、IT0、纳米结构层、纳米硅层和下电极； 所述下电极设在纳米硅层上；所述纳米硅层设在纳米结构层上；所述纳米结构层设在ITO 上；所述ITO设在衬底上；
其中，所述纳米结构层包括II-VI族半导体纳米晶ZnS层、CdS纳米晶层和CdTe纳米晶层；所述II-VI族半导体纳米晶ZnS层设在ITO上；所述纳米硅层设在CdTe纳米晶层上；所述CdS纳米晶层位于II-VI族半导体纳米晶ZnS层与CdTe纳米晶层之间；所述II-VI 族半导体纳米晶ZnS层与CdS纳米晶层之间、CdS纳米晶层与OdTe纳米晶层之间、OdTe纳米晶层与纳米娃层之间均设有介质薄层氧化娃(dielectric layer silica)。
所述衬底为载波片或者石英材料制成。
所述下电极为由蒸镀镍或铝制作而成的下电极。
一种上述硫系太阳能电池的制作方法，包括如下步骤
I)衬底的处理选用载波片或者石英作为衬底，首先采用氨水和双氧水混合煮沸的方法对载波片或者石英进行清洗，然后用去离子水漂洗并烘干；
2)透明导电层的生长用电子束蒸发生长设备在载波片或者石英上蒸镀50-100 纳米的氧化铟硒薄膜，并在350°C _400°C氮气保护下合金化30min,形成透明导电层IT0,以便到达较好的透明导电效果；
3)纳米结构层的制备利用化学自组装方法将II-VI族半导体纳米晶ZnS组装在 ITO上；然后用化学气相沉积生长介质薄层氧化硅；再组装CdS纳米晶层、生长介质薄层氧化硅；接着组装CdTe纳米晶，再生长一层介质薄层氧化硅，即组装一次半导体纳米晶就生长一层薄的介质层；
4)纳米硅层(Nano-Si)生长在纳米结构层上采用化学气相淀积技术生长一层纳米硅；
5)蒸镀下电极在纳米硅层(Nano-Si)的背面，蒸镀镍或铝作为下电极。
硫系半导体如ZnS、CdS> CdTe等材料,能带结构为直接带隙，其带隙所对应的能量为可见光波段，具有较高的光电转换效率，且具有原材料来源广泛、成本低、毒性极低等诸多优点，因而，在太阳能光电领域有着巨大的应用前景；另一方面，半导体纳米晶(或量子点)材料，如纳米娃(nano-Si)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)或締化镉(CdTe)等，由于量子尺寸效应，其光学带隙可调制，具有随尺寸可调的光学性质(光发射、光吸收和光谱特性) 和比体材料更高的光电转换效率。将这些材料作为光伏电池的介质层，再淀积纳米硅、非晶硅(a-Si)，形成复合的、多带隙串联结构的太阳电池，能更有效吸收太阳光，提高电池的光电转换效率。
有益效果与现有技术相比，本发明具有如下优点
I、这种基于ZnS、CdS> CdTe纳米晶或nano_Si和非晶娃薄膜组成的多结面硫系太阳能电池结构，由于其中各纳米晶层光学带隙从宽带隙至窄带隙逐渐变化，调制后的带隙覆盖范围大，从而对可见光的吸收极大增大，从而其光电转化效率较普通单层薄膜太阳电池闻;
2、可以通过改变生长条件控制纳米结构介质层中纳米晶或纳米线的尺寸及分布， 从而达到调节纳米晶层的光学带隙宽度的目的；
3、硫系太阳能电池制作方法与传统的半导体娃工艺相兼容。
图I为本发明实施例中硫系太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图I所示，由蒸镀镍或铝制作而成的下电极5设在纳米硅层4上；纳米硅层4设在纳米结构层3上；纳米结构层3设在IT02上；IT02设在载波片或者石英材料制成的衬底 I上；
其中，纳米结构层3包括II-VI族半导体纳米晶ZnS层30、CdS纳米晶层31和CdTe 纳米晶层32 ；II-VI族半导体纳米晶ZnS层30设在IT02上；纳米硅层4设在CdTe纳米晶层32上；CdS纳米晶层31位于II-VI族半导体纳米晶ZnS层30与CdTe纳米晶层32之间；II-VI族半导体纳米晶ZnS层30与CdS纳米晶层31之间、CdS纳米晶层31与CdTe纳米晶层32之间、CdTe纳米晶层32与纳米娃层4之间均设有介质薄层氧化娃(dielectric layer silica)6。
硫系太阳能电池的制作方法，包括如下步骤
I)衬底I的处理选用载波片或者石英作为衬底1，首先采用氨水和双氧水混合煮沸的方法对载波片或者石英进行清洗，然后用去离子水漂洗并烘干；
2)透明导电层的生长用电子束蒸发生长设备在载波片或者石英上蒸镀50-100 纳米的氧化铟硒薄膜，并在350°C _400°C氮气保护下合金化30min,形成透明导电层IT02 ；
3)纳米结构层3的制备利用化学自组装方法将II-VI族半导体纳米晶ZnS30组装在IT02上；然后用化学气相沉积生长介质薄层氧化硅6 ;再组装CdS纳米晶层31、生长介质薄层氧化娃6 ;接着组装OdTe纳米晶32,再生长一层介质薄层氧化娃6,即组装一次半导体纳米晶就生长一层薄的介质层；
4)纳米硅层(Nano-Si) 4生长在纳米结构层4上采用化学气相淀积技术生长一层纳米娃；
5)蒸镀下电极5 :在纳米硅层(Nano-Si)的背面，蒸镀镍或铝作为下电极。
权利要求
1.一种硫系太阳能电池，其特征在于包括衬底(I)、IT0(2)、纳米结构层(3)、纳米硅层⑷和下电极(5);所述下电极(5)设在纳米硅层⑷上；所述纳米硅层⑷设在纳米结构层⑶上；所述纳米结构层⑶设在ITO (2)上；所述ITO (2)设在衬底(I)上；其中，所述纳米结构层(3)包括II-VI族半导体纳米晶ZnS层(30)、CdS纳米晶层(31) 和CdTe纳米晶层(32);所述II-VI族半导体纳米晶ZnS层(30)设在ITO (2)上；所述纳米硅层(4)设在CdTe纳米晶层(32)上；所述CdS纳米晶层(31)位于II-VI族半导体纳米晶 ZnS层(30)与CdTe纳米晶层(32)之间；所述II-VI族半导体纳米晶ZnS层(30)与CdS纳米晶层(31)之间、CdS纳米晶层(31)与CdTe纳米晶层(32)之间、CdTe纳米晶层(32)与纳米硅层(4)之间均设有介质薄层氧化硅(6)。
2.如权利要求I所述的硫系太阳能电池，其特征在于所述衬底(I)为载波片或者石英材料制成。
3.如权利要求I所述的硫系太阳能电池，其特征在于所述下电极(5)为由蒸镀镍或铝制作而成的下电极。
4.一种如权利要求I所述的硫系太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤:1)衬底(I)的处理选用载波片或者石英作为衬底(I)，首先采用氨水和双氧水混合煮沸的方法对载波片或者石英进行清洗，然后用去离子水漂洗并烘干；2)透明导电层的生长用电子束蒸发生长设备在载波片或者石英上蒸镀50-100纳米的氧化铟硒薄膜，并在350°C -400°C氮气保护下合金化30min，形成透明导电层IT0(2)；3)纳米结构层(3)的制备利用化学自组装方法将II-VI族半导体纳米晶ZnS(30)组装在IT0(2)上；然后用化学气相沉积生长介质薄层氧化硅￠);再组装CdS纳米晶层(31)、 生长介质薄层氧化娃(6);接着组装OdTe纳米晶(32),再生长一层介质薄层氧化娃(6)；4)纳米硅层(4)生长在纳米结构层(4)上采用化学气相淀积技术生长一层纳米硅；5)蒸镀下电极(5):在纳米硅层(4)的背面，蒸镀镍或铝作为下电极。
全文摘要
本发明公开了一种硫系太阳能电池及其制作方法，硫系太阳能电池包括衬底、ITO、纳米结构层、纳米硅层和下电极；所述下电极设在纳米硅层上；所述纳米硅层设在纳米结构层上；所述纳米结构层设在ITO上；所述ITO设在衬底上；方法包括衬底的处理、透明导电层的生长、纳米结构层的制备、纳米硅层(Nano-Si)生长和蒸镀下电极步骤。基于ZnS、CdS、CdTe纳米晶或nano-Si和非晶硅薄膜组成的多结面硫系太阳能电池结构，对可见光的吸收极大增大，从而其光电转化效率较普通单层薄膜太阳电池高；可以通过改变生长条件控制纳米结构介质层中纳米晶或纳米线的尺寸及分布，从而达到调节纳米晶层的光学带隙宽度的目的；硫系太阳能电池制作方法与传统的半导体硅工艺相兼容。
文档编号H01L31/065GK102544180SQ201210026928
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者仝亮, 刘妮, 徐岭, 徐骏, 方力, 李伟, 杨菲, 江一帆, 耿雷, 肖金荣, 陈坤基, 马忠元 申请人:南京大学