[发明专利]一种具有CuSCN空穴传输层的碲化镉太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种具有CuSCN空穴传输层的碲化镉太阳能电池及制备方法。

背景技术

随着环境污染与能源危机的迫在眉睫，寻找可替代的新能源成为了全球国家的首要任务。在众多的新能源中，太阳能以储量丰富、清洁无污染的优势成为了新能源中的领头军。

作为第二代薄膜电池的典型代表之一，CdTe薄膜电池吸引了众多企业和研究机构的兴趣。CdTe薄膜电池具有很多优势：理想的禁带宽度(1.45eV)；与太阳光谱高度的光谱匹配性与高的光谱吸收率；高的光电转换效率(理论上可达30％左右)，以及简单的电池结构与生产方法等，都使得该类电池具有易实现大规模生产的商业价值，进而成为了众多商家的“必争之地”。

传统的碲化镉薄膜电池结构主要由透明导电衬底，硫化镉窗口层，碲化镉吸收层，背接触以及背电极层构成，是一种十分稳定的电池结构，众多的电池结构的优化与创新也是基于此结构而开发完成的。

目前，CdTe薄膜电池的光电转换效率大概在21％(实验室)左右，与理论转换效率还有较大差距。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有CuSCN空穴传输层的碲化镉太阳能电池及其制备方法，该电池引入一种空穴传输材料CuSCN，形成一种新型的电池结构，增加空穴的收集与传输，降低电子-空穴的复合；此外，将导电性能超好的Au引入到背电极中，形成Au/Mo复合电极，进一步加强空穴载体的收集与传递，最终达到提升电池效率的目的。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种具有CuSCN空穴传输层的碲化镉太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池依次设置有衬底层、窗口层、光吸收层、背电极层，所述光吸收层和背电极层之间还设置有空穴传输层，所述空穴传输层的材料为CuSCN。

优选的，所述衬底层为FTO导电玻璃，所述窗口层为硫化镉窗口层，所述光吸收层为碲化镉薄膜层，所述背电极层为金钼复合背电极层。

优选的，所述衬底层中导电膜的厚度为50～300nm，所述窗口层的厚度为200～300nm，所述光吸收层的厚度为2～5μm，所述空穴传输层的厚度为150～300nm，所述背电极层的厚度为200～500nm。

更优选的，所述衬底层中导电膜的厚度为50～300nm，所述窗口层的厚度为250～300nm，所述光吸收层的厚度为3～4μm，所述空穴传输层的厚度为200-300nm，所述背电极层的厚度为250～400nm。

其中，背电极层为金和钼的复合背电极层，金电极层的厚度为30～80nm，钼电极的厚度为170～420nm。

本发明还提供一种具有CuSCN空穴传输层的碲化镉太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括依次设置的以下步骤：(1)以FTO导电玻璃为衬底层，在所述衬底层上沉积一层硫化镉窗口层；(2)在所述硫化镉窗口层上沉积碲化镉光吸收层，进行活化处理，然后退火处理；(3)在所述碲化镉光吸收层上制备CuSCN空穴传输层；(4)在所述空穴传输层上沉积金钼复合背电极层。

其中衬底层的材料选择FTO导电玻璃，衬底尺寸可根据实际需求进行调整或裁剪。衬底的清洗选用无水乙醇溶液、丙酮溶液或蒸馏水进行清洗，清洗方法为超声、滚刷或喷淋中的任意一种；清洗完成后在烘箱中进行烘干，烘干温度为50-80℃，烘干完成后可直接用于后续工艺操作或保存在无尘空间以备用。

硫化镉窗口层和碲化镉光吸收层采用气相传输沉积法进行沉积，以N₂、He、Ar中的任意一种作为输运气体，完成薄膜的制备。

优选的，所述CuSCN空穴传输层的制备方法选自化学浴法和电化学沉积法中的任意一种。

优选的，所述化学浴法具体为以CuSO₄为Cu原料，NaS₂O₃为络合剂，配置成第一溶液；以NaSCN为SCN^-源，配置成第二溶液，将已镀窗口层薄膜的衬底层先置于第一溶液中20～40分钟，然后放入第二溶液中20～40分钟，然后烘干后得到CuSCN空穴传输层。

更优选的，将已镀窗口层薄膜的衬底层先置于第一溶液中30分钟，然后放入第二溶液中30分钟，然后烘干后得到CuSCN空穴传输层。为了获得不同厚度、致密均匀的薄膜，可以将上述操作重复1～5次。

化学浴法适合大面积薄膜的制备，反应设备简单易操作，并且得到的薄膜厚度易于控制，致密均匀。