[发明专利]双节钙钛矿/铜铟镓硒太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，具体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”生产工艺过于复杂，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。

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”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%。有机-无机薄膜太阳能电池，尤其是“钙钛矿”一类薄膜电池，其转换率在短短的四年时间从几个百分比飞跃至20%，受到太阳能学术界大量的关注。

一般“钙钛矿”太阳能电池，使用几百纳米，有或无“介孔支架”的吸收层，夹心在“电子（ETL）”及“孔穴（HTL）”传递层；当吸收层采纳到光子时，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（mesoscopicCH₃NH₃PbI₃/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。

双节下层的“铜铟镓硒”，目前商品化的“铜铟镓硒”大多采用钠钙玻璃基板，以400-500°C的高温蒸发：铜，铟，镓，硒等材料；或先使用溅射工艺，镀上其中三种金属单元素材料后，再采用“硒化”工艺，添加硒材料；这是一项很难重复，而且十分缓慢的工艺；还有另一种方法，使用电镀沉淀工艺，或使用“金属”或“金属氧化物”经过纳米印刷工艺制造。

这些工艺皆不适应于批量生产，单“硒化（Selenization）”工艺，就可长达8小时，并需用大量有毒气体，比如使用“硒化氢”来逐步使“铜铟镓（CIS）”薄膜层“硒（Se）”化，成为“铜铟镓硒（CIGS）”薄膜层。

“铜铟镓硒（CIGS）”薄膜层在“高温”的基板上成型，目的是为了滋长较大的结晶，结晶体起码该是它本身厚度（1.0-2.0微米）一半以上的厚度。过小的晶体会产生大量的晶界（grainboundaries）,导致“电子-空穴”再次重组，降低电池的转换效率。高温的另一个目的是促进“钠钙玻璃（soda-limeglass）”里的“钠”，在穿过钼薄膜层后，扩散到“铜铟镓硒”薄膜层里，“钠”离子能促进更多带有“p-型掺杂物”的“铜铟镓硒（CIGS）”薄膜的生长。要做到“铜铟镓硒（CIGS）”这四种元素在高温下共蒸发是十分费事，同时极难控制的工艺，不适宜于批量生产。

要在高温下做好“铜铟镓硒（CIGS）”薄膜，并能保证它持有最优化的化学成分比例，成为标准的批量生产工艺，我们使用已匹配好化学成分的“铜铟镓硒（CIGS）”四元素固态靶材，用磁控溅射或射频溅射工艺，一次性镀膜；同时，为避免高温下“硒（Se）”的流失，一般行业采用的工艺是利用“硒化氢”气体，来补充“硒（Se）”的流失；但这种气体有毒，不适应批量生产；为了避免这个缺陷，我们将“硒化”退火工艺，单独出来，先进行一次性低温镀膜“铜铟镓硒”四元素，然后将“硒化”退火工艺，单独出来，使用固态“硒（Se）”来控制“硒（Se）”的流失。

发明内容

此项发明的主要目的在于建立一个适合批量生产的高转换率，薄膜双节太阳能电池；此双节“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”而未被吸收的“光子”，能在下层“铜铟镓硒”薄膜，继续被吸收，转换率能超过30%。