一种氧化亚铜异质结太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氧化亚铜异质结太阳能电池领域，特别涉及到一种氧化亚铜异质结太 阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002] Cu2O是天然呈弱P型，无毒环保，铜原料价格低廉等优点，吸引了大量研究人员的 注意。Cu 2O薄膜制备方法主要有磁控溅射法、金属有机化合物气相沉积法、喷雾热解法、热 氧化法、电化学沉积法等。
[0003] 有机无机杂化钙钛矿材料由于其具有载流子迀移率高扩散长度长、光学禁带宽度 可调、双极性传输等特性被科学家引入到有机太阳能电池中，有效地提高了该类太阳能电 池的效率。目前钙钛矿材料可以采用多种方法进行制备，比较常用的有一步溶液法、两部溶 液法、蒸镀法以及溶液-气相沉积法等。
[0004] Herion等人通过溅射法制得Zn0/Cu20异质结太阳能电池，在器件结的界面处发现 富铜区，过量的Zn和Cu 2O发生了化学反应是其可能原因。Yakup Hamp等人通过化学沉积 法将Cd0/Cu20结合形成异质结太阳能电池，在结的界面未发现富铜区，得到的电池开路电 压在1~8mV，短路电流1~4 y A，但两种材料晶格匹配度不佳，使得两者结合效果并不好。 Mittiga A等人制备的MgF2/IT0/Zn0/Cu20结构电池，效率达到了 2%，其中MgFJt为减反 层。Tadatsugu Minami等人制备了 Al-doped Zn0/Ga203/Cu20结构的电池，得到最高效率达 5.38%的器件。近期，1&(^七8耶11]\1;[仙111；[等人通过]\%?2/^20/^1。.。 25-63。.975 - 0/(]1120:似结 构，将Cu2O异质结电池进一步提升到6%。目前为止，基于Cu2O制得的异质结太阳能电池 效率仍然较低。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种氧化亚铜异质结太阳能电池的制备方法，以实现降低成 本，提高原料利用率，实现大面积工业生产。
[0006] 为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种氧化亚铜异质结太阳能电池的 制备方法，所述方法包括：
[0007] 采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积p型层；所述的ITO导电 玻璃层的方块电阻是20-30 Q，透过率在80 % -90 %，所述的p型层为氧化亚铜，层厚为 3〇-50nm ；
[0008] 采用超声喷涂方法沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI 3层作为n型 层；
[0009] 在所述的n型层上沉积金属电极层。
[0010] 上述技术方案具有如下有益效果：利用超声喷涂方法制备，可以提高原料使用率， 降低生产成本，实现大面积工业生产。
【附图说明】
[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0012] 图1为本发明实施例一种氧化亚铜异质结太阳能电池的制备方法流程图；
[0013] 图2为应用本发明实施例所述方案制备氧化亚铜的异质结太阳能电池器件结构 图；
[0014] 图3为本发明应用实例喷涂装置图；
[0015] 图4为本发明应用实例制备的氧化亚铜异质结的太阳能电池结构中CH3NH 3PbI^ 表面光学显微镜图；
[0016] 图5为本发明应用实例在AMI. 5G光照下的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线。
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018] 如图1所示，为本发明实施例一种氧化亚铜异质结太阳能电池的制备方法流程 图，所述方法包括：
[0019] 101、采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积p型层；所述的ITO导 电玻璃层的方块电阻是20-30 Q，透过率在80% -90%，所述的p型层为氧化亚铜，层厚为 3〇-50nm ；
[0020] 102、采用超声喷涂方法沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbIJl作为n 型层；
[0021] 103、在所述的n型层上沉积金属电极层。
[0022] 优选的，采用超声喷涂方法分别在氧化铟锡ITO上沉积一层氧化亚铜作为p型层， 在P型层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH 3NH3PbIJl,可以提高原料使用率，降低 生产成本，实现大面积工业生产。所述的ITO导电玻璃层的方块电阻是20-30Q，透过率在 80% -90% ;所述的p型层为氧化亚铜，层厚为30-50nm。
[0023] 优选的，制备喷涂氧化亚铜的前驱液方法为：称量一水乙酸铜（Cu(CH2COO) 2 ? H2O) 粉末0. 07986g，无水葡萄糖粉末0. 036032g，将称量好后的一水乙酸铜与无水葡萄糖粉末 混合，加入2ml有机溶剂异丙醇（IPA)和8ml去离子水的混合溶剂中，异丙醇的浓度为 99. 7%，用磁力搅拌搅拌，直至粉末充分溶解。
[0024] 进一步地，优选的，一水乙酸铜的为浓度为0. 04mol/L，无水葡萄糖的浓度为 0. 02mol/L，所述溶剂的异丙醇和去离子水的体积比为1:4。
[0025]优选的，所述的超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积氧化亚铜的工艺参 数为：喷头距离加热衬底的高度为125mm，工作功率为3. 4W，超声频率为95kHz，喷涂流量为 3ml/h，衬底加热温度为270°C，载气为氮气，氮气的压强为0. 06X 106Pa。
[0026] 进一步地，优选的，采用超声喷涂方法制备氧化亚铜的流程为：喷涂30s，停留 30s，喷涂30s，停留30s......，不断循环，总时长为15min。
[0027] 优选的，所述的喷涂的p型层材料还可以是如下材料的一种：硫氰酸亚铜 (CuSCN)、碘化亚铜（CuI)、聚（3,4_乙烯二氧噻吩）PED0T:聚苯乙烯磺酸PSS、氧化镍 (NiO)，厚度为 30-50nm。
[0028] 优选的，所述的有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbIJl的厚度为300-500nm，通 过一步喷涂有机无机杂化钙钛矿结构的CH 3NH3PbI3前驱液的方法制备而成的n型层。制备 的钙钛矿薄膜更加致密，基本没有空隙，晶粒能够生长到大约20 y m左右，且原料的利用率 很高，能够大面积制备。
[0029] 进一步地，优选的，一步喷涂有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI 3的前驱液的质量分数 是1%，摩尔比CH3NH3I = PbI2= 1:1，然后溶于y-丁内酯中，65°C的温度下搅拌过夜。
[0030] 优选的，所述的超声喷涂方法沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH 3PbIJl 的工艺参数为：喷头距离加热衬底的高度为125mm，工作功率为3. 4W，超声频率为95kHz， 喷涂流量为65 y 1/min，载气为氮气，氮气的压强为0. 06 X 106Pa，沉积温度75°C，喷涂时间 12min，退火温度为90°C，退火时间60min。
[0031] 优选的，所述的在n型层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀或磁控溅射方法沉 积金属电极层；所述的金属电极层至少是如下电极层的一种：Al电极、Au电极、Ag电极；层 厚为120nm。
[0032] 针对现有技术中异质结钙钛矿太阳能电池已有的制备方法所存在的不足，本发明 实施例通过超声喷涂利用较低的超声波振动能量，对流经超声波换能器前端的液体进行雾 化，产生微米级甚至纳米级的细小液滴；通入适当压力的压缩气体，使雾化小液滴在气流作 用下，更加细小、均匀，从而达到对待涂物体表面进行精密薄膜沉积的目的。采用超声喷涂 方法制备异质结钙钛矿太阳能电池具有很大的应用潜力，该方法可以提高原料使用率，降 低生产成本适用于制备大面积工业的太阳能电池。
[0033] 如图2所示，为应用本发明实施例所述方案制备氧化亚铜的异质结太阳能电池 器件结构图，其中包括：21_氧化铟锡ITO导电玻璃；22-p型氧化亚铜层；23-n型钙钛矿 CH 3NH3PbIJl ;24_金属电极层。其制备方案为：首先，选择方块电阻是20-30 Q，透过率在 80% -90 %透明的氧化铟锡ITO导电玻璃，接着采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻 璃上沉积厚度为30-50nm的p型层为氧化亚铜，然后采用超声喷涂方法沉积一层厚度为 300-500nm的有机无机杂化钙钛矿结构的CH 3NH3PbI3层作为n型层。如图3所示，为本发明 应用实例喷涂装置图，31-超声雾化喷头；32-衬底；33-加热台；34-超声波发生器；35-恒 流栗；36-注射器；37-气瓶；38-减压阀。最后利用热蒸镀或磁控溅射方法在n型层上制备 120nm的金属电极层。
[0034] 以下通过应用实例详细说明：
[0035] 1、选择方块电阻是20 Q，透过率在80% -90%的ITO玻璃作为衬底材料，实验前 衬底分别在去离子水，丙酮，酒精中超声15min。
[0036] 2、p型层氧化亚铜的制备
[0037] (1)氧化亚铜前驱液的配制
[0038] 称量一水乙酸铜（Cu (CH2COO) 2 ? H2O)粉末0? 07986g，无水葡萄糖粉末0? 036032g， 将称量好后的一水乙酸铜与无水葡萄糖粉末混合，加入2ml有机溶剂异丙醇（IPA)和8ml 去离子水的混合溶剂中，异丙醇的浓度为99. 7%，用磁力搅拌搅拌，直至粉末充分溶解。前 驱液中一水乙酸铜的为浓度为0. 〇4mol/L，无水葡萄糖