[发明专利]一种m面BeZnOS基非P-N结型透明薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种m面BeZnOS基非P‑N结型透明薄膜太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池从下至上依次包括m面蓝宝石衬底、光吸收层、一对平行金属电极，其中：所述光吸收层为m面BeZnOS四元合金外延薄膜，所述平行电极用于收集光生电子，所述平行金属电极垂直于所述BeZnOS四元合金薄膜的c轴方向；所述光吸收层的厚度为200～800nm，所述平行电极的厚度为10～100nm，优选为80nm。本发明通过改变衬底，成功制备了m面取向的非极性BeZnOS外延薄膜，并创新性地利用该薄膜内部自发极化电场来分离光生载流子，从而实现光能到电能的转换。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有MSM结构的平面透明薄膜太阳能电池，更具体地说，本发明涉及一种具有MSM结构的m面BeZnOS基非P-N结型平面透明薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，人类面临着全球能源需求增加、化石燃料日益耗尽和环境污染等一系列问题，这使人们认识到开发清洁、丰富、可再生能源已经迫在眉睫。太阳能作为一种可再生清洁能源，引起了人们的广泛关注。近年来，太阳能电池行业得到了飞速的发展。继晶体Si太阳能电池研发以来，人们陆续开发出了非晶Si太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机光伏太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。然而，目前传统太阳能电池的发展存在着光电转换效率已接近其理论极限和其安装使用范围有限两个问题，这极大限制了太阳能电池行业的发展。为解决这两个问题，人们开始努力提高太阳能电池光电转换效率，但是收效甚低，另一方面，人们开始发展透明太阳能电池以提高太阳能电池的使用面积。

与传统的太阳能电池不同，透明太阳能电池可以被大面积安装，被广泛应用于建筑物窗玻璃、交通工具窗玻璃、甚至于手机、手表等电子元器件的屏幕等。这在不影响人类日常生活的前提下极大化地利用自然界的太阳光来转换为人类日常所需的电能。因此，透明太阳能电池的开发利用变得及其重要。

BeZnOS四元合金具有光学带隙宽、可见光透过性高的特点，在光电器件领域具有很重要的应用。由于BeZnOS晶体是六方纤锌矿结构，其内部由O(S)原子面和Zn(Be)原子面交替排列，而Zn(Be)-O(S)键具有极性，整齐排列的Zn(Be)-O(S)键使得BeZnOS在其c轴方向上具有一个自发极化场，这对光生载流子的分离具有极大的好处。因此，BeZnOS在透明太阳能电池领域具有很大潜在利用价值。

本申请发明人课题组在前期已申请公开了一项名称为“一种BeZnOS化合物半导体材料、其制备方法及应用(公开号为CN 105734491 A)”的专利申请，将BeO和ZnS按比例制得四元化合物半导体材料，通过Be和S复合取代的协同作用，实现对ZnO带隙的自由调控等效果，且该发明制得的BeZnOS四元化合物可用于紫外至日盲区发光器件或光探测器件。但是上述方法制得的BeZnOS化合物半导体材料只能应用于紫外至日盲区发光器件或光探测器件方面。

本申请是在上述工作的基础上，进一步深入研究开发和创新后提出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种m面BeZnOS基非P-N结型透明薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明旨在利用BeZnOS合金薄膜内部沿c轴方向的自发电场来实现光能到电能的转换，从而构建BeZnOS基透明薄膜太阳能电池。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种m面BeZnOS基非P-N结型透明薄膜太阳能电池，所述太阳能电池从下至上依次包括m面蓝宝石衬底、光吸收层、一对平行金属电极，其中：所述光吸收层为m面BeZnOS四元合金外延薄膜，所述平行电极用于收集光生电子，所述平行金属电极垂直于所述BeZnOS四元合金薄膜的c轴方向。

进一步地，上述技术方案，所述m面蓝宝石衬底的厚度优选为0.35～0.45mm。

进一步地，上述技术方案，所述光吸收层的厚度为200～800nm。