專利名稱：一種中間能帶太陽能電池及其光電轉(zhuǎn)換薄膜材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其組成該電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料，具體地涉及一種具有中間能帶(intermediate bands)的太陽能電池。
背景技術(shù)：
由于全球?qū)δ茉葱枨蟮娜找嬖鲩L和環(huán)保意識的提高，世界各國一直研發(fā)各種可行的替代清潔能源，其中又以太陽能最受矚目。太陽能具有取之不盡、用之不竭等優(yōu)點，是人類解決能源枯竭和環(huán)境污染問題的理想清潔能源。利用光電轉(zhuǎn)換原理的太陽能器件，特別是光伏電池，是其能源利用的主要形式和載體。自20世紀(jì)70年代美國貝爾實驗室首先研制出硅太陽能電池以來，太陽能電池取得了長足的發(fā)展，具有多種類型，典型的有硅太陽能電池、Cu(In, Ga) Se2(CIGS), CdTe, Cu2ZnSn(Se, S)4(CZTS)等薄膜電池以及染料敏化太陽能電池等。太陽能難以廣泛利用的根本原因是受限于當(dāng)前器件偏低的光電轉(zhuǎn)換效率與過高的制造成本。如單晶硅電池、CIGS等薄膜電池雖然轉(zhuǎn)換效率較高，但是存在工藝復(fù)雜，原材料昂貴，或環(huán)境污染的瓶頸。而染料敏化太陽能電池雖然制造相對簡單，但面臨著轉(zhuǎn)換效率偏低與電池穩(wěn)定性的問題。綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定以及制造成本合理的太陽能電池。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定以及制造成本合理的太陽能電池及其組成該電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于獲得一種轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定以及制造成本合理的太陽能電池。本發(fā)明的第二目的在于獲得一種用于轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定以及制造成本合理的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料。本發(fā)明的第三目的在于獲得一種光電轉(zhuǎn)換薄膜材料的制備方法。本發(fā)明的第四目的在于獲得一種本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料在提高光電轉(zhuǎn)換效率方面的應(yīng)用。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種中間能帶太陽能電池，所述電池包括襯底；設(shè)在襯底上的背電極；設(shè)在背電極上的互補(bǔ)型薄膜；設(shè)在所述互補(bǔ)型薄膜上的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料；其中，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用Ti02、ZnO, Si 或III-V族半導(dǎo)體材料；以及
金屬電極。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述的中間能帶中間帶太陽能電池包括襯底；設(shè)在襯底上的背電極；設(shè)在背電極上的互補(bǔ)型薄膜；設(shè)在所述互補(bǔ)型薄膜上的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料；所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；其中所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料優(yōu)先采用TiO2，也可以選擇aiO、Si或III-V族半導(dǎo)體等材料；以及金屬電極。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用 Ti02。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料含有1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對，所述百分比以母體材料的摩爾比計。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述雜質(zhì)原子是不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜的雜質(zhì)原子。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述雜質(zhì)原子對為不對等或非補(bǔ)償型的n-p原子對組合。所述“n-p原子對組合”也即η型與ρ型原子對組合。在一個優(yōu)選例中，摻入母體材料的η型原子貢獻(xiàn)電子而P型原子貢獻(xiàn)空穴，但是兩者貢獻(xiàn)的電子數(shù)與空穴數(shù)不對等。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，當(dāng)所述母體材料采用TiO2時，所述的不對等n-p 原子對組合選擇Cr-N、Mo-N, W-N、Mo_P、或W_P。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層中，引入的中間能帶Ei位于其母體材料的價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間。本發(fā)明第二方面提供一種用于中間能帶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料包括具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用 TiO2, ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料含有1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對，所述百分比以母體材料的摩爾比計；所述中間能帶由所述雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在所述光電轉(zhuǎn)換層的母體材料上構(gòu)造而成。在一個優(yōu)選例中，所述雜質(zhì)原子是不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜的雜質(zhì)原子。在一個優(yōu)選例中，所述雜質(zhì)原子對為不對等或非補(bǔ)償型的η型與ρ型原子對組合；優(yōu)選地，所述雜質(zhì)原子對為不對等η型與ρ型原子對組合，在一個優(yōu)選例中，摻入母體材料的η型原子貢獻(xiàn)電子而P型原子貢獻(xiàn)空穴，但是兩者貢獻(xiàn)的電子數(shù)與空穴數(shù)不對等。在一個更優(yōu)選的例子中，對于優(yōu)先選擇的母體材料TiO2,其中的不對等n-p (也即η型與ρ型)原子對組合可以選擇Cr-N、Mo-N, W_N、Mo-P, W-P或其組合。在一個優(yōu)選例中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層中，引入的中間能帶&位于其母體材料的價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間。在一個優(yōu)選例中，所述納米金屬結(jié)構(gòu)層的金屬采用Ag、Al、Cu或其組合；所述納米金屬結(jié)構(gòu)層采用的納米結(jié)構(gòu)為納米球或納米殼層。具體地，所述納米結(jié)構(gòu)的尺寸在1-lOOnm。本發(fā)明第三方面提供一種所述的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料的制備方法，包括如下步驟i)，提供適用于形成具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料；所述母體材料采用 TiO2, ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；ii)，由占所述母體材料1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在母體材料上構(gòu)造而成中間能帶。在一優(yōu)選例中，所述不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜方法可以采用但不限于氣相沉積或者液相生長等方法實現(xiàn)n-p雜質(zhì)原子的摻入。本發(fā)明第四方面提供一種所述的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料在提高光電轉(zhuǎn)換效率方面的應(yīng)用。在一具體實施方式
中，所述的中間能帶Ei通過不對等n-p共摻雜方法在TW2材料上實現(xiàn)，引入的中間能帶Ei應(yīng)位于薄膜本征材料價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間；所述中間帶薄膜的平均厚度在1微米左右。


圖1是TW2中間帶太陽能電池示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，拓展理論和概念，結(jié)合已有的制備工藝，獲得了提供具有可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的中間能帶薄膜材料太陽能電池，通過有目的地引入的中間能帶，所述太陽能電池能夠有效地吸收大量能量低于其帶隙的光子，進(jìn)而實現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下本發(fā)明揭示一種寬光譜、高效率的太陽能電池，至少包括具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層。其中具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層由合適、廉價的T^2材料通過不對等n-p共摻雜方法實現(xiàn)中間能帶的構(gòu)造；同樣的方法也可以實施于ai0、si和III-V族等材料作為母體構(gòu)造中間能帶。以下對本發(fā)明的各個方面進(jìn)行詳述。如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。所述專業(yè)術(shù)語可參見如下參考文獻(xiàn)[1]A. Luque and A. Marti, Phys. Rev. Lett. 78,5014(1997). [2]A. Luque and A. Marti, Adv. Mater.(先進(jìn)材料)22，16(^2010) ·本發(fā)明的“互補(bǔ)型薄膜”是指，如果光電轉(zhuǎn)換層是N型，對應(yīng)互補(bǔ)型薄膜應(yīng)該是P型薄膜；反之則是P型。具體地，所述互補(bǔ)型薄膜用以增強(qiáng)光生電子-空穴分離的效率，因此與中間能帶薄膜材料相對應(yīng)如果中間能帶薄膜材料是電子型導(dǎo)電，該薄膜則選擇P-型薄膜；如果中間能帶薄膜材料是空穴型導(dǎo)電，則該薄膜為N-型薄膜。光電轉(zhuǎn)換薄膜材料及其制備方法本發(fā)明提供用于中間能帶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料包括具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用 TiO2, ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料含有1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對，所述百分比以母體材料的摩爾比計；所述中間能帶由所述雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在所述光電轉(zhuǎn)換層的母體材料上構(gòu)造而成。所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層、其中所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料優(yōu)先采用TW2材料，而對加0、Si或IIi-V族半導(dǎo)體等母體材料也同樣適用。在一具體實施方式
中，所述的中間能帶Ei不對等n-p共摻雜在TW2材料上實現(xiàn)， 引入的中間能帶Ei應(yīng)位于薄膜本征材料價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間。在一具體實施方式
中，所述摻入的雜質(zhì)原子濃度在1-5%的原子比之間。在一具體實施方式
中，所述中間帶薄膜的平均厚度在1-10微米左右。在一具體實施方式
中，所述的中間能帶Ei不對等n-p共摻雜在TW2材料上實現(xiàn)， 引入的中間能帶Ei應(yīng)位于薄膜本征材料價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間；所述摻入的雜質(zhì)原子濃度在1-5%的原子比之間；所述中間帶薄膜的平均厚度在1-10微米左右。具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層在一個優(yōu)選例中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層由合適、廉價的材料TiO2不對等n-p共摻雜方法實現(xiàn)中間能帶的構(gòu)造；該構(gòu)造方法同樣適用于其他母體材料如aiO、Si和 III-V族半導(dǎo)體等。在一個優(yōu)選例中，所述的TiA材料中含有1 5重量％雜質(zhì)原子，所述百分比以半導(dǎo)體材料的摩爾比計。在一個優(yōu)選例中，所述雜質(zhì)原子為不對等n-p共摻雜的雜質(zhì)原子。在一個優(yōu)選例中，所述雜質(zhì)原子為不對等n-p共摻雜元素Cr-N、Mo-N, W_N、Mo-P, W-P等的一種。。在一個優(yōu)選例中，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層中，引入的中間能帶&位于其母體材料的價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該中間能帶材料能夠吸收低能光子，擴(kuò)展其本征材料對太陽能光譜波長范圍的吸收，提高光電轉(zhuǎn)換效率。制備方法本發(fā)明還提供所述的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料的制備方法，其包括如下步驟i)，提供適用于形成具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料；所述母體材料采用 TiO2, ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；
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ii)，由占所述母體材料1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在母體材料上構(gòu)造而成中間能帶。在一優(yōu)選例中，所述不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜方法可以采用但不限于氣相沉積或者液相生長等方法實現(xiàn)n-p雜質(zhì)原子的摻入。中間能帶太陽能電池及其制備方法纖本發(fā)明的一種中間能帶中間帶太陽能電池，所述電池包括襯底；設(shè)在襯底上的背電極；設(shè)在背電極上的互補(bǔ)型薄膜；設(shè)在所述互補(bǔ)型薄膜上的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料；所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；其中所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料并優(yōu)先采用廉價的 TiO2材料；以及金屬電極。所述太陽能電池具有可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的中間能帶構(gòu)造，同時選擇共摻雜元素濃度、組合可以優(yōu)化、調(diào)控中間能帶的位置和寬度。因此，以上所述太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換。更具體地，本發(fā)明的太陽能電池示意結(jié)構(gòu)如圖1所示，背電極可以選擇Al等低功函金屬，并可以加工成柵格狀結(jié)構(gòu)；引入N型薄膜材料3，與P型中間帶薄膜材料形成P-N 結(jié)，其內(nèi)建電場有助于光生電子-空穴對的分離；金屬電極5可以選擇Cu等高功函金屬以實現(xiàn)低阻接觸或歐姆接觸。本發(fā)明的襯底沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。。例如可以采用各種塑料、玻璃或者不銹鋼等，但是不局限于此，還可以參考本發(fā)明所列舉的參考文獻(xiàn)內(nèi)容。優(yōu)選地，采用玻璃。背電極本發(fā)明的背電極沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。例如可以采用各種導(dǎo)電性好、化學(xué)穩(wěn)定的金屬如Cu、Al等，但是不局限于此。還可以參考本發(fā)明所列舉的參考文獻(xiàn)內(nèi)容。優(yōu)選地，采用Cu?；パa(bǔ)型薄膜本發(fā)明采用互補(bǔ)型薄膜用以增強(qiáng)光生電子-空穴分離的效率，因此與中間能帶薄膜材料相對應(yīng)如果中間能帶薄膜材料是電子型導(dǎo)電，該薄膜則選擇P-型薄膜；如果中間能帶薄膜材料是空穴型導(dǎo)電，則該薄膜為N-型薄膜。其他沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。例如可以采用本征的氧化物材料如Ti02、Zn0但是不局限于此。 還可以參考本發(fā)明所列舉的參考文獻(xiàn)內(nèi)容。優(yōu)選地，采用本征Ti02。金屬電極
本發(fā)明的金屬電極沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。例如可以采用Al、Cu，但是不局限于此。還可以參考本發(fā)明所列舉的參考文獻(xiàn)內(nèi)容。優(yōu)選地，采用Al。本發(fā)明還提供所述的太陽能電池的制備方法，所述方法包括如下步驟a)，在選定的襯底如玻璃上沉積制備一定厚度如大約1微米的Al背電極b)，在背電極上沉積制備一定厚度如1. 0-5. 0微米的Ti02薄膜；C)，接著在TW2薄膜上通過氣相沉積方法加入共摻雜的雜質(zhì)對，以實現(xiàn)穩(wěn)定、高質(zhì)量中間能帶的構(gòu)造。優(yōu)點和積極效果由于所述太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料中具有中間能帶，為太陽光的吸收提供多個不同能量的吸收通道[1，2]電子可以吸收一個高能光子從價帶直接躍遷至導(dǎo)帶；也可以使電子通過兩次光子過程即先吸收一個低能光子躍遷至中間能帶，然后再吸收第二個低能光子躍遷至導(dǎo)帶。比如，相對于單能隙TiA電池的理想效率9.6%，具有中間能帶TiA 電池的理論效率則可以優(yōu)化至56. 0%。這里效率是指，電池輸出功率與電池每秒所受一個標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照的入射光能量之比。本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為摩爾份，所有的百分比為原子百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。實施例現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實施細(xì)節(jié)，包含本發(fā)明的示范性方面和實施舉例。參看圖1 中所示，相關(guān)編號和以下描述將說明示范性實施例的主要特征。另外，所述圖例中無意描繪實際實施例的每個特征或描繪元件的相對尺寸，且所述圖式未按比例繪制。制造所述二氧化鈦為母體材料的中間帶太陽能電池的基本概念是在襯底1(玻璃或塑料等)上順序生長圖1所示各層結(jié)構(gòu)材料。即在襯底上外延生長或蒸鍍背電極2，然后以外延生長方式在其上制造互補(bǔ)型薄膜即N型薄膜材料(如TW2或aiO)，P型中間帶薄膜 4。優(yōu)選適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度和時間，并使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)組份和摻雜劑來控制N型薄膜結(jié)構(gòu)層和P型中間帶薄膜結(jié)構(gòu)中的厚度、晶格常數(shù)和電性質(zhì)。氣相沉積方法(如有機(jī)金屬氣相外延(OMVPE)、金屬有機(jī)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)等)的使用可以使得形成的單片薄膜結(jié)構(gòu)能夠以所需的厚度、元素組份、摻雜濃度和導(dǎo)電特性(即N型或P型)而生長。使用濺射蒸鍍的方法可以將低功函金屬如Al等和高功函金屬如Cu等與氧化物結(jié)構(gòu)層緊密鍵合，形成可靠的低阻或歐姆接觸。
在實施例中，襯底1可以選擇硅、玻璃、石英、塑料、不銹鋼等。為了得到較佳的透光特性與較低的制造成本，可采用玻璃或不銹鋼為主要選擇。背電極2可以選擇蒸鍍法、 濺鍍法、電鍍法、印刷法等主要工藝方式，在襯底1上外延厚度在50到300nm間的金屬電極。通過掩膜、電子束曝光等主要工藝方式，可以對背電極2進(jìn)行納米微結(jié)構(gòu)的加工和構(gòu)造。采用分子束外延、氣相沉積等方法，在背電極2外延生長N型薄膜，厚度在500-1000nm 之間。對于氧化物材料來說，注意到TiO2等具有本征的N型電學(xué)特性，這將降低工藝制造的復(fù)雜性。然后，在N型薄膜上進(jìn)一步外延生長摻雜的P型、具有中間能帶特性的薄膜，厚度在1000-5000nm之間；摻雜的元素依據(jù)體系選擇，對于TW2材料則可以選擇Cr和N，通過引入Cr的有機(jī)金屬化合物和富氮分子如NH3等即可以在外延生長過程中實現(xiàn)共摻雜的、具有中間能帶的、P型TW2薄膜層，共摻雜原子濃度控制在1-5%之間；并可以進(jìn)一步通過退火等方法實現(xiàn)共摻雜元素穩(wěn)定、均勻分布，提高其電學(xué)穩(wěn)定性。最后，選擇合適的金屬如Ag 或Cu，通過蒸鍍或者濺射的辦法實現(xiàn)電極5。性能實施例本發(fā)明的電池，組裝具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層，這使得該電池相比于現(xiàn)有的電池(大部分為單帶電池)能夠吸收更多的低能的光子，提高光電轉(zhuǎn)換的效率。理論計算表明，在TiO2母體材料中引入中間能帶結(jié)構(gòu)后，能夠使得光電轉(zhuǎn)換效率從9. 6%提高至56%。 因此，在實際電池有可能突破單帶電池的瓶頸，實現(xiàn)較高10%或以上的轉(zhuǎn)換效率。這里效率是指，電池輸出功率與電池每秒所受一個標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照的入射光能量之比。本發(fā)明最主要的精神是同時利用了材料的中間能帶和不對等n-p共摻雜方法。 中間能帶有效地增加低能光子對光電流的貢獻(xiàn)，從而實現(xiàn)高效率的太陽能電池；而不對等 n-p共摻雜方法能夠有效地調(diào)控材料的能帶結(jié)構(gòu)、提高母體材料對雜質(zhì)原子的熱力學(xué)溶解度，實現(xiàn)中間能帶的有效構(gòu)造。因此，本發(fā)明應(yīng)可以有其他多種實施例，在不違背本發(fā)明精神及實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可依據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變、變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種中間能帶太陽能電池，其特征在于，所述電池包括襯底；設(shè)在襯底上的背電極；設(shè)在背電極上的互補(bǔ)型薄膜；設(shè)在所述互補(bǔ)型薄膜上的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料；其中，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用Ti02、ZnO, Si或 III-V族半導(dǎo)體材料；以及金屬電極。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用TiO2。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料含有1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對，所述百分比以母體材料的摩爾比計。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述雜質(zhì)原子是不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜的雜質(zhì)原子。
5.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述雜質(zhì)原子對為不對等或非補(bǔ)償型的n-p原子對組合。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其特征在于，當(dāng)所述母體材料采用T^2時，所述的不對等n-p原子對組合選擇Cr-N、Mo-N, W_N、Mo_P、或W_P。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層中， 引入的中間能帶Ei位于其母體材料的價帶頂Ev與導(dǎo)帶底E。之間。
8.一種用于中間能帶太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料包括具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用Ti02、 ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料含有1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對，所述百分比以母體材料的摩爾比計；所述中間能帶由所述雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在所述光電轉(zhuǎn)換層的母體材料上構(gòu)造而成。
9.一種如權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟i)，提供適用于形成具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料；所述母體材料采用Ti02、 ZnO, Si或III-V族半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用TW2 ；ii)，由占所述母體材料1 5原子％的雜質(zhì)原子或雜質(zhì)原子對通過不對等或非補(bǔ)償型的n-p共摻雜在母體材料上構(gòu)造而成中間能帶。
10.一種如權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料在提高光電轉(zhuǎn)換效率方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種中間能帶太陽能電池，所述電池包括襯底；設(shè)在襯底上的背電極；設(shè)在背電極上的互補(bǔ)型薄膜；設(shè)在所述互補(bǔ)型薄膜上的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料；其中，所述光電轉(zhuǎn)換薄膜材料為具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層；所述具有中間能帶的光電轉(zhuǎn)換層的母體材料采用TiO2、ZnO、Si或III-V族半導(dǎo)體材料；以及金屬電極。本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定以及制造成本合理的太陽能電池及其組成該電池的光電轉(zhuǎn)換薄膜材料。
文檔編號H01L31/18GK102496637SQ20111043367
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者崔萍, 張振宇, 曾長淦, 藍(lán)海平 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)