基于体异质结结构吸光层的高效铜铟镓硒薄膜光电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子器件领域，涉及到一种新的可应用于高效铜铟镓砸薄膜光电池的体异质结结构吸光层。
【背景技术】
[0002]铜铟镓砸薄膜光电池具有重量轻，生产能耗低，吸光性更高等优点，因此受到了人们的广泛关注。但是目前薄膜类光伏器件的转换效率相比与硅基器件来说普遍较低.为了能进一步提高薄膜光伏技术的能量转换效率，改善和提高光生电子空穴对的解离几率和载流子输出效率是一种非常重要的方法.以铜铟镓砸为例，传统的电池器件中，采用的是铜铟镓砸/硫化镉平面结构的异质结结构，因此铜铟镓砸层的厚度和结晶性对器件性能的影响就非常显著。一方面可通过增加铜铟镓砸层的厚度来提高光的吸收效率，在这种情况下对薄膜的结晶性要求就非常高，低的结晶度既无法有效的把光生电子空穴对扩散到PN结界面进行解离，同时也没有办法让解离后的电子和空穴有效的输出去；而另一方面P型铜铟镓砸和η型硫化镉的界面受制于平面结构而无法提高解离效率。为了解决这样的问题，我们设计了 P型铜铟镓砸和η型硫化镉纳米棒的体异质结结构，采用溶液法来制备光吸收层。由于P型和η型材料是混合载一起的，可通过控制混合的比例来控制不同材料相的尺寸，使之与电子空穴对的扩散长度相当，既增大了 ρη结的界面面积提高了解离效率，又给出了载流子输出的有效途径，所以既提高了光伏器件的光吸收又不会因此而增大载流子的复合。这样一个基于体异质结结构光吸收层的铜铟镓砸薄膜光电池通过PN结界面的改善以及载流子输出效率的增加，从而大幅提高了能量转换效率。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是设计和制备基于体异质结结构光吸收层的铜铟镓砸薄膜光电池。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种基于体异质结结构光吸收层的高效铜铟镓砸薄膜光电池，其包括:金属电极；体异质结结构的光吸收层；缓冲层；窗口层；透明导电衬底。
[0006]优选的，所述金属导电薄膜选用镍、铝、金、银、铜、钛、铬中的一种或多种，但不局限于此。
[0007]优选的，所述光吸收层厚度在0.1 — 1um之间，为砸化铅，硫化铅等4_6族半导体，硫化镉，硫化锌，碲化镉，砸化镉，砸化锌等2-6组半导体纳米棒和铜铟镓砸，铜锌锡硫等1-3-5族半导体的混合物，但不局限于此，所述体异质结包括溶液法制备的P型铜铟镓砸材料和η型半导体纳米棒，其中纳米棒的长度在20-200纳米之间，直径在2-200纳米之间。
[0008]优选的，缓冲层选用电子传输材料，厚度在20 - 200nm之间，为氧化锌和氧化钛，硫化镉，硫化锌等η型半导体，但不局限于此。
[0009]优选的，所述窗口层为氧化物半导体层，厚度在20-200纳米之间，其中氧化物为氧化锌，氧化钛，以及掺杂氧化物，其中掺杂物包括铝，镁，铟，镓，镉等但不局限于此。
[0010]优选的，所述导电衬底为金属氧化物透明导电薄膜，透明导电衬底为氧化铟锡薄膜或掺铝、镓、镉的氧化锌薄膜，厚度在20-2000纳米之间。
[0011]本发明还公开了一种上述体异质结结构光吸收层的制备方法，其中纳米半导体材料和铜铟镓砸先驱物按照特定比例制备成混合溶液，并通过溶液法制备在金属背电极层上，厚度为200-2000纳米，然后在惰性气体中进行热退火处理，加热温度是室温-600度。
[0012]优选的，所述溶液法包括旋涂法，喷涂法，糟模法，但不局限于此。
[0013]优选的，所述铜铟镓砸先驱物包括铜铟镓砸纳米材料，以及铜，铟，镓金属及其氧化物，硫化物，砸化物，卤素化合物和各种盐类等，但不局限于此.
[0014]优选的，所述半导体材料包括砸化铅，硫化铅等4-6族半导体，硫化镉，硫化锌，碲化镉，砸化镉，砸化锌等2-6组半导体但不局限于此。
[0015]上述技术方案具有如下有益效果:利用溶液法制备P型铜铟镓砸和η型硫化镉纳米棒的混合薄膜，厚度大约在200-2000纳米左右。该体异质结结构的优点在于一方面是通过溶液法来制备的，因此易于大规模生产和降低产品成本，另一方面P型铜铟镓砸和η型硫化镉纳米棒混合后，可通过混合比例优化，把两种材料的相区尺寸调解到激子扩散长度的大小，有效保证了光生电子空穴对的解离和输出。
[0016]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例的结构示意图。
[0018]图2为本发明实施例对铜铟镓砸薄膜光电池效率提升的比较图，其中插图是硫化镉纳米棒的电镜照片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
[0020]如图1所示，为应用双层结构窗口层的铜铟镓砸光伏器件的结构示意图。该器件包括:金属背电极I ;体异质结结构铜铟镓砸吸光层2，该吸光层包括P型铜铟镓砸吸光材料和N型硫化镉纳米棒；Ν型缓冲层3 ;窗口层4 ;和透明导电衬底5。
[0021]所述的金属背电极I为金属导电薄膜，一般是铝，但不局限于此，还包括其他金属，包括金、银、铜、钛、铬，钼等。金属电极I上面是体异质结结构的光吸收层2，厚度在0.2 - 2um之间，为砸化铅，硫化铅等4-6族半导体，硫化镉，硫化锌，碲化镉，砸化镉，砸化锌等2-6组半导体纳米棒和铜铟镓砸，铜锌锡硫等1-3-5族半导体的混合物，但不局限于此，所述体异质结包括溶液法制备的P型铜铟镓砸材料和η型半导体纳米棒，其中纳米棒的长度在20-200纳米之间，直径在2-200纳米之间。但不局限于此。光吸收层2上面的缓冲层选用电子传输材料，厚度在20 - 200nm之间，为氧化锌和氧化钛，硫化镉，硫化锌等η型半导体，但不局限于此。所述溶液法泛指一切涂料法，如旋涂法，喷涂法，糟模法等；所用旋涂法，可通过控制旋涂速度、溶液浓度和不同的旋涂次数便可以