太阳电池用CdO电子传输层的制备方法和薄膜太阳电池

本发明涉及一种薄膜太阳电池。特别是涉及一种太阳电池用cdo电子传输层的制备方法和薄膜太阳电池。

背景技术：

随着全球化石能源的日益枯竭，以及环境问题的愈发严重。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，对太阳能的利用具有重要的发展前景。因此，太阳电池作为解决能源危机的一个可行方法成为了广泛研究的前沿性课题。薄膜太阳电池如锑基薄膜太阳电池、钙钛矿薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池近年来取得了快速发展。但相比于较为成熟的晶体硅太阳电池来说仍有一定的差距，还需进一步提升其效率。

电子传输层对于薄膜太阳电池有着至关重要的影响。目前，太阳电池中多采用的电子传输层材料为zno、tio2、cds。但zno的稳定性较差，tio2存在光电滞后现象，cds则因其带隙最窄，电池的短波响应较差。与上述电子传输层材料相比，cdo具有较高的禁带宽度，化学性质稳定等特性，且对于硒化锑(sb2se3)薄膜太阳电池来说二者的能带结构更为匹配，是薄膜太阳电池中电子传输层材料的一种理想选择。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有电荷传输快、器件稳定性好和光电转化效率高的太阳电池用cdo电子传输层的制备方法和薄膜太阳电池。

本发明所采用的技术方案是：一种太阳电池用cdo电子传输层的制备方法，是采用喷雾热解法，包括如下步骤：

1)将cd(ch3coo)2溶于去离子水中，配制cd(ch3coo)2水溶液；

2)清洗透明导电薄膜作为衬底；

3)采用超声喷雾设备在衬底上喷涂cd(ch3coo)2水溶液，得到附在衬底上的厚度为20～200nm的cdo薄膜，与衬底共同构成太阳电池用cdo电子传输层。

步骤1)中配制的cd(ch3coo)2水溶液浓度为0.1～3m。

步骤2)中所述的透明导电薄膜是掺硼的氧化锌薄膜、掺氟二氧化锡薄膜和氧化铟锡薄膜中的一种。

步骤2)中所述的清洗是依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min。

步骤3)中，喷涂速率为1～5cm³/min，喷涂时间为5～40min，喷涂距离为10～50cm，喷涂时的温度为300～400℃。

一种具有太阳电池用cdo电子传输层的薄膜太阳电池，包括有依次叠放的玻璃、cdo电子传输层、吸光层、空穴传输层和金属电极层。

所述的吸光层为锑基薄膜、碲化镉(钙钛矿)薄膜、钙钛矿薄膜中的一种，厚度为200～3000nm。

所述的空穴传输层采用的是nio薄膜、p3ht薄膜、spiro-ometad中的一种，厚度为50～200nm。

所述的金属电极层为金、银、铜薄膜中的一种，厚度为50～100nm。

本发明的太阳电池用cdo电子传输层的制备方法和薄膜太阳电池，采用喷雾热解法制备出的cdo薄膜不仅增加了太阳电池电子传输层的可选择性，而且具有电荷传输快、器件稳定性好和光电转化效率高等优点。本发明的cdo薄膜具有原材料丰富、制备工艺简单、反应温度低、成本低的特点，适用于工业化大规模生产。将cdo薄膜作为电子传输层，能够增加太阳电池的性价比，而且电池质量好，使用寿命长。本发明具有如下有益效果：

1、本发明以cdo薄膜作为电子传输层材料，扩展了太阳电池中电子传输层材料的应用范围；

2、采用本发明的方法制备得到的cdo薄膜作为薄膜太阳电池的电子传输层，薄膜透光性好、导电率高，有利于提高太阳电池效率；并且制备方法简单，成本低，适用于工业化大规模生产；

3、cdo薄膜作为太阳电池的电子传输层有较高的转化效率；

4、cdo薄膜适用性强，可作为锑基薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、以及钙钛矿薄膜太阳电池的电子传输层。

附图说明

图1是cdo薄膜作为电子传输层用于锑基薄膜太阳电池结构示意图；

图2是cdo薄膜作为电子传输层用于钙钛矿薄膜太阳电池结构示意图；

图3是cdo薄膜作为电子传输层用于碲化镉太阳电池结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的太阳电池用cdo电子传输层的制备方法和薄膜太阳电池做出详细说明。

本发明的太阳电池用cdo电子传输层的制备方法，是采用喷雾热解法，包括如下步骤：

1)将cd(ch3coo)2(醋酸镉)溶于去离子水中，配制cd(ch3coo)2水溶液，所述cd(ch3coo)2水溶液的浓度为0.1～3m。

2)清洗透明导电薄膜作为衬底；其中，

所述的透明导电薄膜是掺硼的氧化锌薄膜(bzo)、掺氟二氧化锡薄膜(fto)和氧化铟锡薄膜(ito)中的一种。

所述的清洗是依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min。

3)采用超声喷雾设备在衬底上喷涂cd(ch3coo)2水溶液，喷涂速率为1～5cm³/min，喷涂时间为5～40min，喷涂距离为10～50cm，喷涂时的温度为300～400℃，得到附在衬底上的厚度为20～100nm的cdo薄膜，与衬底共同构成太阳电池用cdo电子传输层。

本发明具有太阳电池用cdo电子传输层的薄膜太阳电池，包括有依次叠放的玻璃、cdo电子传输层、吸光层、空穴传输层和金属电极层。其中，

所述的吸光层为锑基薄膜、碲化镉薄膜、钙钛矿薄膜中的一种，厚度为200～3000nm。

所述的空穴传输层采用的是nio薄膜、p3ht薄膜(3-己基取代聚噻吩)、spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)中的一种，厚度为50～200nm。

所述的金属电极层为金、银、铜薄膜中的一种，厚度为50～100nm。

下面给出具体实例：

实施例1：

一种具有cdo电子传输层的薄膜太阳电池制备过程为：

(1)将fto透明导电薄膜依次用去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇各进行40min的超声清洗，氮气吹干后在氧等离子体清洗仪中清洁15min，得到洁净干燥的fto透明导电薄膜；

(2)将干净的fto透明导电薄膜放在300℃加热台上，通过喷雾热解法喷涂浓度为0.1m的cd(ch3coo)2水溶液，喷嘴距基底距离为30cm，以1cm³/min的速度喷涂5min，得到附在fto透明导电薄膜上的厚度为20nm的cdo薄膜，与fto透明导电薄膜共同构成太阳电池用cdo电子传输层；

(3)称取0.2gsb2se3粉末，在1pa的真空环境下，调节蒸发距离为7mm，cdo电子传输层温度设置为320℃。将sb2se3粉末的温度升至350℃保持20min，然后提高sb2se3粉末温度至465℃，加热时间控制在60s；使用近空间升华法，制备得到附在cdo电子传输层上的200nm厚的sb2se3薄膜(锑基薄膜)构成吸光层；

(4)在sb2se3薄膜上面使用旋涂法制备50nm厚的p3ht薄膜，之后在120℃退火10min，构成空穴传输层；

(5)将第(4)步得到的半成品放入有机金属蒸镀仪上，采用金作为蒸发源，在p3ht薄膜上蒸镀50nm厚的金电极作为金属电极层；最后获得sb2se3薄膜太阳电池，并对其进行标准太阳光下的电流-电压测试。

实施例2：

一种具有cdo电子传输层的钙钛矿薄膜太阳电池制备过程为：

(1)将ito透明导电薄膜用洗洁精和去离子水洗涤15min，以便除去油脂和有机物，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇各进行10min的超声清洗，氮气吹干，得到洁净干燥的ito透明导电薄膜待用；

(2)将干净的ito透明导电薄膜放在400℃加热台上，通过喷雾热解法喷涂浓度为1.5m的cd(ch3coo)2水溶液，喷嘴距ito透明导电薄膜距离为30cm，以2.5cm³/min的速度喷涂20min制备得到附在ito透明导电薄膜上的厚度为50nm的cdo薄膜，与ito透明导电薄膜共同构成太阳电池用cdo电子传输层；

(3)取80μl0.1mmol/ml的溴化铅溶于n，n-二甲基甲酰胺的溶液在1500r/min、50s的条件下旋涂在cdo薄膜电子传输层上，其后至于80℃平板加热台下退火60min，取80μl0.07mol/l的溴化铯溶于无水甲醇的溶液在1500r/min、30s的条件下旋涂在溴化铅上，生成附在cdo电子传输层上的1000nm厚的cspbbr3薄膜(钙钛矿薄膜)构成吸光层；

(4)将第(3)步得到的半成品放入磁控溅射设备中，采用nio靶，溅射功率为150w，气压保持在5pa，在cspbbr3薄膜上制备厚度为120nm的nio薄膜作为空穴传输层；

(5)将第(4)步得到的半成品放入有机金属蒸镀仪上，采用银作为蒸发源，蒸镀80nm厚的银电极作为金属电极层。获得钙钛矿薄膜太阳电池，并对其进行标准太阳光下的电流-电压测试。

实施例3：

一种具有cdo电子传输层的碲化镉薄膜太阳电池制备过程为：

(1)将bzo透明导电薄膜用洗洁精和去离子水洗涤15min，以便除去油脂和有机物，然后依次用去离子水、丙酮、乙醇各进行10min的超声清洗，氮气吹干，得到洁净干燥的bzo透明导电薄膜待用；

(2)将干净的bzo透明导电薄膜放在350℃加热台上，通过喷雾热解法喷涂浓度为3m的cd(ch3coo)2水溶液，喷嘴距ito透明导电薄膜距离为50cm，以5cm³/min的速度喷涂40min制备得到附在ito透明导电薄膜上的厚度为100nm的cdo薄膜，与bzo透明导电薄膜共同构成太阳电池用cdo电子传输层；

(3)在cdo电子传输层的cdo薄膜上使用近空间升华法在1pa的真空环境下580℃蒸发60s制备3000nm厚的cdte薄膜(碲化镉薄膜)，后用氯化镉蒸汽处理，在390℃空气中退火30min，得到附在cdo电子传输层上的吸光层；

(4)在第(4)步得到的半成品的cdte薄膜上使用旋涂法制备200nm厚的spiro-ometad薄膜，之后在100℃加热板上，加热10min之后自然冷却，构成空穴传输层；

(5)将第(4)步得到的半成品放入有机金属蒸镀仪上，采用金作为蒸发源，蒸镀厚度为100nm的金电极作为金属电极层。获得cdte薄膜太阳电池，并对其进行标准太阳光下的电流-电压测试。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。