[发明专利]基于有机过程的无机薄膜太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于有机过程的无机薄膜太阳电池的制备方法，特别是采用无机纳米晶体“墨水”通过旋涂的方法得到无机薄膜作为太阳电池的有源层。属于新能源领域。

背景技术

随着全球能源的日趋紧张，太阳能以其无污染、可再生的优势受到世界各国的广泛重视。

最近，胶体科学的快速发展为开发下一代低成本、高效率的太阳电池提供了基础。通过简单、安全的液相合成法可以得到单分散的、钝化的、并且光电性能优异的半导体纳米晶体，这些开启了制作新型太阳电池的工艺路线。将半导体纳米晶体分散在有机溶剂中制成纳米晶体“墨水”，采用旋涂的方法在基底上制作成膜，作为太阳电池的有源层。通过有机合成的方法合成无机纳米晶体过程简单、所需设备简易，通过旋涂法得到无机薄膜不需要真空环境，进而降低了成本。由于纳米晶体的量子限制效应，可产生多激子激发(MEG)，进而增加光电流；而且，纳米晶体的禁带宽度可以随着纳米晶体粒径的大小而改变，可以通过合成不同粒径的纳米晶体得到不同禁带宽度的有源层，进而增加太阳电池的光谱响应范围。

但是，当前主流的太阳电池的高成本严重限制了太阳电池的普及利用。开发新方法或新材料以获得低成本、高效率的太阳电池，成为当今太阳电池研究的重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有机过程制作低成本太阳电池的方法。

为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：

步骤1：采用有机金属热分解法制备CdTe纳米晶体：将氧化镉、油酸及三辛基氧化膦的混合物加热至澄清透明形成镉的前驱体，以三辛基膦及碲粉的混合物为碲的前驱体；将碲前驱体迅速注入镉前驱体中，反应得到CdTe纳米晶体。

步骤2：采用有机金属热分解法制备CdS纳米晶体：将氧化镉、油酸及三辛基氧化膦的混合物加热至澄清透明形成镉的前驱体，以三辛基膦及硫粉的混合物为硫的前驱体；将硫前驱体迅速注入镉前驱体中，反应得到CdS纳米晶体。

步骤3：制备ZnO纳米晶体：将氢氧化钾的甲醇溶液逐滴加入至60℃的乙酸锌的甲醇溶液中，在不断搅拌下维持60℃反应生成ZnO纳米晶体。

步骤4：将步骤1、2、3中得到的纳米晶体分别制成CdTe、CdS、ZnO纳米晶体“墨水”。

步骤5：将步骤4中得到的CdTe、CdS、ZnO纳米晶体“墨水”依次旋涂到涂有PEDOT:PSS的ITO玻璃上。

步骤6：蒸镀铝电极。

在所述的步骤1中，氧化镉与碲粉的摩尔数比值为2∶1，氧化镉、油酸及三辛基氧化膦的摩尔数比值为1∶6∶5，三辛基膦与碲粉摩尔数比值为5.6∶1；CdTe纳米晶体为直径10nm的量子点。

在所述的步骤2中，氧化镉与硫粉的摩尔数比值为2∶1，氧化镉、油酸及三辛基氧化膦的摩尔数比值为1∶6∶5，三辛基膦与硫粉摩尔数比值为5.6∶1；CdS纳米晶体为直径为10nm的量子点。

在所述的步骤3中，氢氧化钾的甲醇溶液浓度为0.43mmol/ml，乙酸锌的甲醇溶液浓度为0.108mmol/ml；

在所述的步骤4中，CdTe纳米晶体“墨水”的浓度为100mg/ml，CdS纳米晶体“墨水”的浓度为70mg/ml，ZnO纳米晶体“墨水”的浓度为40mg/ml。

在所述的步骤5中，CdTe薄膜厚度为150nm，CdS薄膜厚度为80nm，ZnO薄膜厚度为40nm。

在所述的步骤6中，铝电极厚度为100-120nm之间。

本发明的优点在于：1.不同尺寸的纳米晶体具有不同的带隙，因此可以通过合成的方法得到的无机纳米晶体，可以通过改变反应温度、时间及配体，得到不同尺寸、不同带隙的纳米晶体，以满足在AM1.5光谱下太阳电池有源层最优的带隙宽度(1.0-1.6eV)的要求。2.将纳米晶体制成纳米晶体“墨水“通过旋涂法得到无机薄膜，不需要复杂的设备、不需要高真空的条件，降低了太阳电池的制作成本。3.旋涂法制作无机薄膜的过程可以被卷对卷印刷技术替代，从而实现太阳电池的批量生产，进一步降低太阳电池的制作成本。

因此，基于其制作工艺的简单化，基于有机过程的无机薄膜太阳电池制备方法可以作为下一代低成本太阳电池的主要制备方法。

附图说明

图1是本发明所述的基于有机过程的无机薄膜太阳电池的结构示意图。

图2是本发明所述的基于有机过程的无机薄膜太阳电池在AM1.5光照下的I-V曲线。

具体实施方式

本发明提供一种基于有机过程的无机薄膜太阳电池的制备方法，包括如下步骤：