一種室內光伏器件及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種室內光伏器件及其制備方法，屬于光電材料及薄膜太陽能電池制備領域。本發明專利技術室內光伏器件從下至上依次為導電玻璃、電子傳輸層、光吸收層、空穴傳輸層、導電電極和金屬柵電極；光吸收層為鎘硫硒三元化合物薄膜。本發明專利技術中鎘硫硒三元化合物薄膜結合了CdS和CdSe的性質，具有良好的電性能，通過控制S與Se的元素比例實現帶隙的連續調節(1.80eV

【技術實現步驟摘要】
一種室內光伏器件及其制備方法


[0001]本專利技術屬于光電材料及薄膜太陽能電池制備領域，更具體地，涉及一種室內光伏器件及其制備方法，尤其一種CdSSe薄膜及其室內光伏器件制備方法。

技術介紹

[0002]物聯網(Internet of Things，IoT)技術可以實現電子設備的互聯和基于這種連接的智能信息處理。由于這些系統大多在室內運用，一個穩定的、連續的室內能源是必不可少的。室內光伏器件(Indoor photovoltaics，IPV)展示了為此類物聯網提供能量的潛力。太陽光AM1.5光譜范圍約為300
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1100nm，而室內光源的發射光譜(熒光燈(FL)和發光二極管(LED))范圍較窄，位于400
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700nm的范圍內。這就要求室內光伏器件的光吸收材料擁有比標準光源下光吸收材料更寬的帶隙。根據理論模擬，1.80
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1.90eV能帶隙的吸收材料是高性能IPVs的理想材料。同時，FL和LED的強度也比AM1.5低三個數量級，由于室內光源強度過低，只能產生很少的載流子，IPVs對缺陷和界面接觸要求較高。
[0003]近年來，物聯網高速發展導致了巨大的IPVs市場需求，室內光伏器件得到了迅猛的發展。比如染料敏化太陽能電池(DSSCs)在室內低光源下表現良好，轉換效率超過30％，然而，這類設備的高成本限制了其商業化的進一步發展。有機太陽能電池(OPV)得益于良好的光電性能和帶隙可調的特點，得到了高速的發展，但是其產業化道路的發展受限于OPV復雜的有機分子合成過程和高昂的材料成本。鈣鈦礦太陽能電池具有帶隙可調、結構簡單、易大面積/柔性制備和光電性能優異等優點，近年來吸引了人們的注意，在光伏領域中得到了迅猛發展，但是一般鈣鈦礦光伏器件穩定性問題尚未解決，是其商業化應用的最大瓶頸之一。因此，迫切需要發展一種高性能、低成本、高穩定性、易制備的IPV器件。
[0004]CdSSe是一種具有優異光電性能、高穩定性和低成本特點的三元化合物，導電類型為n型，可以通過改變S和Se元素的組成來調節禁帶寬度范圍(1.80eV
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1.90eV)。由于其禁帶寬度較大，可見光吸收系數高，非常適宜作為室內光伏器件吸收層材料。此外，CdSSe薄膜的高化學物理穩定性使其在室內光伏應用上具備優勢。而目前CdSSe薄膜太陽能電池研究較少，在室內光伏應用方面也缺乏系統的研究。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提供一種以鎘硫硒三元化合物薄膜作為光吸收層的室內光伏器件及其制備方法，在室內光波段具有良好的吸收，且在室內環境下有較好的穩定性，具有較高的極限轉換效率。解決目前室內光伏器件穩定性差或生產復雜等問題，為高性能CdSSe薄膜室內光伏器件提供技術指導。
[0006]根據本專利技術第一方面，提供了一種室內光伏器件，從下至上依次為導電玻璃、電子傳輸層、光吸收層、空穴傳輸層、導電電極和金屬柵電極；所述光吸收層為CdS
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Se1?
x
薄膜，其中0.2≤x≤0.3。
[0007]優選地，所述光吸收層的厚度為300～1000nm。
[0008]優選地，所述電子傳輸層為氧化鋅、硫化鎘或氧化鈦；所述電子傳輸層的厚度為50～200nm；
[0009]所述空穴傳輸層為聚乙烯二氧噻吩、氧化鎳或[2
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(3,6
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二甲氧基
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9H
?
咔唑
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基)乙基]膦酸；所述空穴傳輸層的厚度為20～200nm。
[0010]優選地，所述導電電極為氧化銦錫或氟摻氧化銦錫；所述導電電極的厚度為100～200nm；
[0011]所述金屬柵電極的材質為Ag、Au、Al或鎳鋁合金材料；所述金屬柵電極的厚度為50～150nm。
[0012]優選地，所述導電玻璃為透明導電玻璃；所述導電電極為透明導電電極。
[0013]根據本專利技術另一方面，提供了任意一項室內光伏器件的制備方法，包括以下步驟：
[0014](1)在導電玻璃上表面制備電子傳輸層；
[0015](2)在步驟(1)得到的電子傳輸層上表面通過氣相傳輸沉積法制備光吸收層，具體為以CdS粉末和CdSe粉末進行雙蒸發源蒸發，所述CdS粉末和CdSe粉末的面積之比為得到CdS
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Se1?
x
薄膜，其中0.2≤x≤0.3；
[0016](3)在步驟(2)得到的光吸收層上表面依次制備空穴傳輸層、導電電極和金屬柵電極，即得到所述室內光伏器件。
[0017]優選地，步驟(2)中，所述蒸發的溫度為600～850℃。
[0018]優選地，步驟(1)中，制備電子傳輸層采用磁控濺射法、化學水浴法或噴涂法。
[0019]優選地，步驟(3)中，制備空穴傳輸層采用旋涂法或原子層沉積法，制備導電電極采用磁控濺射法或旋涂法，制備金屬柵電極采用熱蒸發法或絲網印刷法。
[0020]總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：
[0021](1)本專利技術的鎘硫硒三元化合物薄膜室內光伏器件在室內光波段具有良好的吸收，且在室內環境下有較好的穩定性，理論極限轉換效率可超過50％。
[0022](2)通過控制S和Se元素的比例，優化CdSSe薄膜帶隙，本專利技術的鎘硫硒三元化合物薄膜結合了CdS和CdSe的性質，具有良好的電性能。通過控制蒸發源CdS和CdSe粉源的蒸發面積及蒸發溫度實現對蒸發速率的可控調節，達到帶隙連續調節(1.80
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1.90eV)的目的，制備的鎘硫硒三元化合物薄膜在可見光區域具有高吸收系數，滿足室內光源光譜需求，提高能量轉化效率。
[0023](3)本專利技術推動鎘硫硒三元化合物薄膜在室內光伏的發展，并且在物聯網領域的應用表現出了巨大的發展前景。
附圖說明
[0024]圖1為本專利技術CdSSe薄膜室內光伏器件的結構示意圖。
[0025]圖2為本專利技術物理氣相傳輸沉積法制備CdSSe薄膜示意圖。
[0026]圖3為分別在標準太陽光、發光二極管(LED，1000lux)以及熒光燈(FL,1000lux)下帶隙和SQ極限的關系。
具體實施方式
[0027]為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0028]本專利技術一種以鎘硫硒三元化合物薄膜作為光吸收層的室內光伏器件，其結構如圖1所示。該室內光伏器件是以鎘硫硒三元化合物薄膜作為吸光層，其結構從下至上依次為導電玻璃、電子傳輸層、鎘硫硒三元化合物薄膜、空穴傳輸層、導電電極和金屬柵電極；
[0029]優選地，導電玻璃為透明導電玻璃；導電電極為透本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種室內光伏器件，其特征在于，從下至上依次為導電玻璃、電子傳輸層、光吸收層、空穴傳輸層、導電電極和金屬柵電極；所述光吸收層為CdS
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Se1?
x
薄膜，其中0.2≤x≤0.3。2.如權利要求1所述的室內光伏器件，其特征在于，所述光吸收層的厚度為300～1000nm。3.如權利要求1或2所述的室內光伏器件，其特征在于，所述電子傳輸層為氧化鋅、硫化鎘或氧化鈦；所述電子傳輸層的厚度為50～200nm；所述空穴傳輸層為聚乙烯二氧噻吩、氧化鎳或[2
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(3,6
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二甲氧基
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9H
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咔唑
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基)乙基]膦酸；所述空穴傳輸層的厚度為20～200nm。4.如權利要求1或2所述的室內光伏器件，其特征在于，所述導電電極為氧化銦錫或氟摻氧化銦錫；所述導電電極的厚度為100～200nm；所述金屬柵電極的材質為Ag、Au、Al或鎳鋁合金材料；所述金屬柵電極的厚度為50～150nm。5.如權利要求1或2所述的室內光伏器件，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐江，包曉慶，李康華，陳超，薛家有，楊許可，曾祥斌，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：