[发明专利]一种氧化亚铜基多叠层异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种太阳能电池及其制备方法，具体涉及一种氧化亚铜基多叠层异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

作为重要的光电转换材料之一的氧化亚铜，是一种p型半导体材料，具有高的吸收系数(10⁴/cm)、原材料丰富、无毒、成本低的特点。其带隙宽度为2.1eV，可直接利用太阳光中波长为400～800nm的可见光，激发出光生电子–空穴对，产生光—电转换效应。因其太阳能电池的理论光电转换效率高达20％而受到业界人员的广泛关注，通过掺杂引入合适的中间带(intermediate band)后，其光电转换效率的理论极限可认为是第三代薄膜太阳能电池的新型重要材料之一。

2010年，美国普渡大学K.S.Choi等人通过电沉积法制备了n型Cu₂O，与p型Cu₂O形成了同质结Cu₂O电池，由于p层和n层的电阻率都很高，导致其效率只有0.29％。到目前为止，通过n型掺杂来获得Cu₂O同质结电池的努力并不成功。Cu₂O作为天然的p型材料，很适合与ZnO等其它宽带隙的n型材料形成多叠层的p-n结结构。因此，构建Cu₂O异质结类型器件是提高其光电转换效率的主要途径之一。研究表明，ZnO和Cu₂O形成异质结的导带能级之差较小，已引起广泛关注。2006年，意大利国家能源发展局A.Mittiga等人制备的Cu2O/ZnO的异质结电池，电池转换效率为2％。2013年，臧志刚等人通过对氮掺杂的Cu₂O薄膜与ZnO薄膜组装的电池转换效率有所提高。同年，日本金泽工业大学的T.Minami教授制备了AlZnO/ZnO/Cu₂O多层异质结太阳能电池，以AlZnO为透明电极,实现了4.12％的转换效率。2014,日本本金泽工业大学的T.Minami教授引入n-型中间层Ga₂O₃，制备了AlZnO/Ga₂O₃/Cu₂O电池结构，Ga₂O₃有助于减少界面的缺陷能级和能级之间的不匹配性，将电池转换效率提高到了5.53％，是目前报道的Cu₂O太阳能电池效率最高的。然而，这个数值与其理论值20％还相差甚远。这么低的效率主要是由于Cu₂O薄膜的电阻率太高，没有使电子和空穴在很短时间内分离。另外，异质结界面质量差，缺陷太多，还没有寻找到一种最佳的异质结复合材料，凭借不同种材料导带、价带之间的能级差使电子和空穴有效分离。

量子点材料具有多激子产生效应，用于太阳能电池，可以提高光子利用率，有利于效率的提高，像CdS量子点材料。但是Cd是致癌元素，一定程度上限制了其产业化的应用。所以选用一种合适的量子点材料与异质结复合材料进行协作运用以提高太阳能电池的光电转换效率是本领域技术人员一直潜心研究的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有氧化亚铜基太阳能电池制备技术的不足，设计了一种提高氧化亚铜基多叠层光电转换效率的太阳能电池及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

1、一种氧化亚铜基多叠层异质结太阳能电池，所述电池包括：玻璃衬底；N-Na共掺杂Cu₂O薄膜层，形成在所述玻璃衬底的一面；AgInZnS量子点层，形成在所述N-Na共掺杂Cu₂O薄膜层上；ZnO透明层，形成在所述AgInZnS量子点层上；阴阳两极，阴极位于所述ZnO透明层上，阳极位于所述N-Na共掺杂Cu₂O薄膜层上。

进一步，所述阴阳电极均由金属Au构成。

更进一步，所述阴阳电极均为栅网状，栅极间距为0.5mm。

进一步，所述阴极材料为铝掺杂氧化锌，所述阳极材料材料为石墨烯。

进一步，所述N-Na共掺杂Cu₂O薄膜层厚度为750nm～850nm，所述AgInZnS量子点层厚度为200～300nm，所述ZnO透明层透明层为200～250nm。

2、所述一种氧化亚铜基多叠层异质结太阳能电池的制备方法，步骤如下：

1)清洗基底：依次采用紫外臭氧、丙酮、乙醇、去离子水清洗，再用氮气枪吹干；