[发明专利]一种基于环保型、无毒宽带隙半导体纳米晶缓冲层的碲化镉纳米晶太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于环保型、无毒宽带隙半导体纳米晶缓冲层的碲化镉纳米晶太阳电池及其制备方法，所述太阳电池由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、光活性层、缓冲层和阳极依次层叠构成。本发明溶液合成的ZnSe纳米晶能够很好分散在有机溶剂中，并将该溶液采用旋涂的方式形成窗口层，创新性的将宽带隙材料引入太阳电池结构的设计中。通过控制缓冲层的厚度，光活性层的热处理温度和界面处理方式，可以降低界面复合问题，提高太阳电池的器件性能。本发明的器件结构拓宽半导体材料在太阳电池领域的使用功能，可提高ZnSe/CdTe异质结太阳电池的能量转换效率。而且制备工艺简单，制备过程不必在真空环境下完成，大大地减少了制作成本。

技术领域

本发明涉及无机纳米晶量子点薄膜太阳电池领域，具体涉及一种基于环保型、无毒宽带隙半导体纳米晶缓冲层的碲化镉纳米晶太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来，胶体半导体纳米晶太阳电池成为第三代太阳能电池的一个重要研究领域。胶体量子点在太阳能电池中的应用之所以备受关注，是由于其具有可溶液加工的特性，这为开发大面积、低成本太阳电池提供了一种可能。传统的无机半导体太阳能电池(如硅基薄膜、铜铟镓硒和碲化镉太阳能电池等)的光电转换效率都严重受限于光生载流子在晶格中的热能化。虽然目前无机纳米晶太阳电池的转化效率仍然比传统的有机太阳电池要略低，但无机纳米晶太阳电池保持了无机半导体材料良好的太阳光谱响应、载流子传输性能以及良好的稳定性等优点，且其带隙易于调控，原材料用量少，同时又具备可溶液加工、成本低、可弯曲等优势，近年来成为科学家们研究的热点。

本发明引入宽带隙半导体材料作为太阳电池的吸光层，与碲化镉形成PN结。宽带隙半导体材料通常是室温下禁带宽度大于2.2eV的半导体。从物理学上来讲，带隙越宽，其物理化学性质就越稳定，抗辐射性能越好，寿命也越长，与之相对应的就是宽带隙的缺点——这种材料对太阳光的吸收较少，光电转换效率低，这个缺点对于半导体太阳电池来说是“致命缺陷”。

发明内容

针对以上宽带隙材料的缺点，本发明的目的是提供一种基于环保型、无毒宽带隙半导体纳米晶缓冲层的碲化镉纳米晶太阳电池及其制备方法。该太阳电池通过引入宽带隙半导体纳米晶层作为窗口层，通过界面处理和调节温度调控电池性能，以提高电池的短波响应。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于环保型、无毒宽带隙半导体纳米晶缓冲层的碲化镉纳米晶太阳电池，所述太阳电池由玻璃衬底、阴极、阴极界面层、窗口层、光活性层、缓冲层、阳极依次叠层而成；所述窗口层为ZnSe纳米晶；所述缓冲层为MoO_x。

优选的，所述阴极的材料为掺锡氧化铟透明导电膜(ITO)。

优选的，所述阴极界面层为ZnO；所述ZnO的厚度为30-40nm。

优选的，使用高温微乳溶液法合成ZnSe纳米晶，这种合成方法合成出的纳米晶能够良好的分散于正丙醇、吡啶等有机溶液中。

优选的，所述窗口层的厚度为80-120nm，进一步优选窗口层厚度为100nm。。

优选的，所述光活性层由CdTe量子点构成，厚度为400-450nm，CdTe光活性层的厚度可以通过调节纳米晶溶液的浓度，旋涂转速及时间和热处理的温度来实现，还可以通过改变旋涂层数来调节。

优选的，所述缓冲层MoO_x中x为1-3；所述缓冲层的厚度为8～10nm，进一步优选为8nm，缓冲层解决CdTe和Au的界面接触问题。

优选的，所述阳极的材料为Au，厚度为20-100nm，进一步优选为80-100nm，金是一种高功函数，功函数为5.1eV，可与CdTe的HOMO能级匹配，使得器件的性能更加稳定。