專利名稱：一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的太陽能電池由于材料與加工技術(shù)的限制，其基底通常采用剛性平板結(jié)構(gòu)， 這為運輸帶來不便也大大限制了其日常應用。柔性纖維狀太陽能電池打破了傳統(tǒng)太陽能電池在材料與形狀上的局限，可為狹小有限的空間提供電源，并可被編織進衣物、帳篷等中， 因其具有可編織性、生產(chǎn)制造成本低、質(zhì)量輕、應用廣泛等突出優(yōu)勢，得到人們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有報道的一類雙線結(jié)構(gòu)的柔性纖維狀太陽能電池，它由兩根電極相互纏繞而成，但存在電接觸不好，副電極的遮光效應，以及光生載流子傳送距離長等問題。并且現(xiàn)階段的柔性纖維狀太陽能電池多為染料敏化太陽能電池，因其大多使用液態(tài)電解質(zhì)，所以存在溶液的泄漏及揮發(fā)，封裝困難，長效性能不穩(wěn)定等缺點。因而發(fā)展一種全固態(tài)的單線結(jié)構(gòu)柔性纖維狀太陽能電池是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池及其的制備方法，該單線結(jié)構(gòu)柔性可編織太陽能電池，具有廣泛的應用前景，該方法操作簡單， 成本較低，不會產(chǎn)生有毒氣體，對環(huán)境友好。本發(fā)明的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，包括基底、半導體薄膜、緩沖層、本征ZnO層和導電層，所述的基底為導電柔性線狀基底。所述的導電柔性線狀基底為金屬絲或非金屬絲。所述的金屬絲為銅絲或鑰絲；所述的非金屬絲為碳纖維。所述的半導體薄膜為CuInSe2、CuInS2或CdTe半導體薄膜。所述的半導體薄膜的厚度為0. 5 100 u m。所述的緩沖層為CdS或ZnS，厚度控制在10 lOOnm。所述的本征ZnO層通過化學浴沉積或磁控濺射的方法制得，厚度控制在IOnm
IU m0所述的導電層為AZO (鋁摻雜的氧化鋅透明導電玻璃)或ITO (氧化銦錫透明導電玻璃)，可通過磁控濺射或溶膠凝膠法制得，厚度控制在0. I 10 U m。本發(fā)明的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池的制備方法，包括將清洗過的導電柔性線狀基底在CuInSe2、CuInS2或CdTe前驅(qū)體溶液中進行電化學沉積，沉積時間為0. 01 Ih ;然后進行燒結(jié)5 30min，燒結(jié)溫度為300 700°C ;再利用化學浴沉積的方法沉積緩沖層，最后制備本征ZnO層和導電層，即得單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池。所述的電化學沉積方法為恒電位沉積或恒電流沉積；其中恒電位沉積的沉積電位為-o. 01 -IV，恒電流沉積的沉積電流為0. 01 10A。所述的前驅(qū)體溶液中含有金屬鹽和絡(luò)合劑的混合物，所述的金屬鹽和絡(luò)合劑的混合物為 Cu2S04、InCl3、Na2S2O3 和檸檬酸；Cu2S04、InCl3、SeO2 和檸檬酸；CdS04、TeO2 和 H2SQ4。有益效果(I)本發(fā)明的用于組裝單線結(jié)構(gòu)柔性可編織太陽能電池，易于封裝，可為狹小有限的空間提供有效電源，具有柔性和可編織性使其可以被編進衣物帳篷等，具有廣泛的應用前景；(2)本發(fā)明中以可導電的柔性線狀體(如金屬絲，碳纖維等)為基底，采用電化學沉積法制備半導體薄膜，操作簡單，成本較低，不會產(chǎn)生有毒氣體，對環(huán)境友好。



圖I.是本發(fā)明制備的Mo/CIS線表面的SEM圖片；圖2.是本發(fā)明制備的Mo/CIS線表面的EDS譜圖；圖3.是本發(fā)明制備的Mo/CIS線的SEM斷面圖；圖4.是本發(fā)明組裝的CIS太陽能電池的性能測試示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，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。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(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。實施例I將長度20cm,直徑50±5 ii m的碳纖維兩端固定在塑料架放入拋光液(濃硫酸與 30%雙氧水3 I混合)清洗lOmin，并用蒸餾水洗凈。將碳纖維穿過直徑2cm長IOcm厚 Imm的鈦管，并固定好塑料架，浸入CuInS2前驅(qū)體溶液(Cu2SO4IOmM, InCl350mM, Na2S20340mM, 檸檬酸50mM作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值為3)中在室溫下(25°C )進行電化學沉積，碳纖維作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極進行恒電流沉積，沉積電流為1A，沉積時間為lh。然后在Ar/S氣氛下進燒結(jié)30min，燒結(jié)溫度為700°C。利用化學浴沉積的方法沉積ZnS層(IOOnm厚)，最后通過化學浴沉積ZnO層(I y m厚)，磁控派射AZO層(10 y m 厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CIS太陽能電池。實施例2將長度17cm，直徑50±5 y m的碳纖維兩端固定在塑料架進行表面處理，并用蒸餾水洗凈。將鑰絲穿過直徑2cm長IOcm厚Imm的鈦管，并固定好塑料架，浸入CuInSe2前驅(qū)體溶液(Cu2SO4ImM, InCl320mM, Se024mM，檸檬酸25mM作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值為2)中在恒溫下(40°C )進行電化學沉積，碳纖維作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-0. 8V，沉積時間為5min。然后在Ar/Se氣氛下進燒結(jié) IOmin,燒結(jié)溫度為500°C。利用化學浴沉積的方法沉積CdS層(50nm厚)，最后通過磁控派射沉積ZnO層(80nm厚)，溶膠凝膠法制得ITO層(500nm厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的 CIS太陽能電池。
實施例3將長度15cm,直徑50±5 ii m的銅絲兩端固定在塑料架放入拋光液(濃硫酸與 30%雙氧水3 I混合)清洗IOmin,并用蒸懼水洗凈。將銅絲穿過直徑2cm長IOcm厚Imm 的鈦管，并固定好塑料架，首先浸入鍍金液中恒電流沉積金，清洗后浸入CuInSe2前驅(qū)體溶液(Cu2SO4ImM, InCl320mM, Se024mM,檸檬酸30mM作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值為2)中在恒溫溫下 (500C )進行電化學沉積，銅絲作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-0. 8V，沉積時間為20min。然后在Ar/S氣氛下進燒結(jié)lOmin， 燒結(jié)溫度為500°C。利用化學浴沉積的方法沉積CdS層(50nm厚)，最后通過磁控濺射沉積 ZnO層(60nm厚)和ITO層(300nm厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CIS太陽能電池。實施例4將長度17cm，直徑50±5 y m的鑰絲兩端固定在塑料架進行表面處理，并用蒸餾水洗凈。將鑰絲穿過直徑2cm長IOcm厚Imm的鈦管，并固定好塑料架，浸入CdTe前驅(qū)體溶液(CdSO4O. 5M，飽和TeO2, H2SO4O. 15M)中在恒溫下(40°C )進行電化學沉積，鑰絲作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘萊電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-0. 6V,沉積時間為5min。然后在Ar氣氛下進燒結(jié)lOmin，燒結(jié)溫度為300°C。利用化學浴沉積的方法沉積ZnS層(50nm厚)，最后通過磁控濺射沉積ZnO層(80nm厚)，溶膠凝膠法制得ITO層 (500nm厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CdTe太陽能電池。實施例5將長度17cm，直徑50±5 y m的碳纖維兩端固定在塑料架進行表面處理，并用蒸餾水洗凈。將碳纖維穿過直徑2cm長IOcm厚Imm的鈦管，并固定好塑料架，浸入CdTe前驅(qū)體溶液(CdSO4ImM,飽和TeO2, H2SO4O. 15mol/L)中在恒溫下(20°C )進行電化學沉積，碳纖維作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-0. 7V， 沉積時間為20min。然后在Ar氣氛下進燒結(jié)lOmin，燒結(jié)溫度為300°C。利用化學浴沉積的方法沉積CdS層(50nm厚)，最后通過化學浴沉積法制備ZnO層(80nm厚)，溶膠凝膠法制得ITO層(500nm厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CdTe太陽能電池。實施例6將長度20cm，直徑50±5 的鑰絲兩端固定在塑料架放入拋光液(濃硫酸與 30%雙氧水3 I混合)清洗IOmin,并用蒸懼水洗凈。將鑰絲穿過直徑2cm長IOcm厚Imm 的鈦管，并固定好塑料架，浸入CuInS2前驅(qū)體溶液(Cu2SO4IOmM, InCl350mM, Na2S20340mM，檸檬酸50mM作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值為3)中在室溫下(25°C )進行電化學沉積，鑰絲作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-IV，沉積時間為lh。然后在Ar/S氣氛下進燒結(jié)30min，燒結(jié)溫度為200°C。利用化學浴沉積的方法沉積ZnS層(IOOnm厚)，最后通過化學浴沉積ZnO層(I y m厚)，磁控派射AZO層(10 y m 厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CIS太陽能電池。實施例7將長度15cm,直徑50±5 ii m的鑰絲兩端固定在塑料架放入拋光液(濃硫酸與 30%雙氧水3 I混合)清洗IOmin,并用蒸懼水洗凈。將鑰絲穿過直徑2cm長1Ocm厚1mm 的鈦管，并固定好塑料架，浸入CuInSe2前驅(qū)體溶液(Cu2SO4ImM, InCl320mM, Se024mM，檸檬酸 25mM作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值為2)中在室溫下(25°C )進行電化學沉積，鑰絲作為工作電極，鈦管作為對電極，飽和甘萊電極為參比電極進行恒電位沉積，沉積電位為-0. 8V,沉積時間為lOmin。(所得的Mo/CIS的SEM圖以及EDS圖譜如圖1，2，3所示)然后在Ar/Se氣氛下進燒結(jié)IOmin,燒結(jié)溫度為500°C。利用化學浴沉積的方法沉積CdS層(IOnm厚)，最后通過磁控濺射沉積ZnO層(IOnm厚)和ITO層(IOOnm厚)，得到單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的CIS 太陽能電池。 這種已制得的CIS太陽能電池具有很好的柔性，且在AMl. 5標準模擬太陽光下，其光電轉(zhuǎn)化效率達到2. 31%。它結(jié)構(gòu)均一，在旋轉(zhuǎn)彎曲以及長時間使用過程中仍具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化效率。這種單線結(jié)構(gòu)的太陽能電池可以編織成為大面積的立體太陽能電池織物，具有很 大的應用前景。
權(quán)利要求
1.一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，包括基底、半導體薄膜、緩沖層、本征ZnO 層和導電層，其特征在于，所述的基底為導電柔性線狀基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的導電柔性線狀基底為金屬絲或非金屬絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的金屬絲為銅絲或鑰絲；所述的非金屬絲為碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的半導體薄膜為CuInSe2、CuInS2或CdTe半導體薄膜；所述的半導體薄膜的厚度為0. 5 100 u m0
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的緩沖層為CdS或ZnS，厚度控制在10 lOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的本征ZnO層通過化學浴沉積或磁控濺射的方法制得，厚度控制在IOnm I y m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池，其特征在于所述的導電層為AZO或IT0，通過磁控濺射或溶膠凝膠法制得，厚度控制在0. I 10 ii m。
8.一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池的制備方法，包括將清洗過的導電柔性線狀基底在CuInSe2、CuInS2或CdTe前驅(qū)體溶液中進行電化學沉積，沉積時間為0. 01 Ih ;然后進行燒結(jié)5 30min，燒結(jié)溫度為300 700°C ;再利用化學浴沉積的方法沉積緩沖層，最后制備本征ZnO層和導電層，即得單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的電化學沉積方法為恒電位沉積或恒電流沉積；其中恒電位沉積的沉積電位為-0. 01 -IV，恒電流沉積的沉積電流為0. 01 IOAo
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的前驅(qū)體溶液中含有金屬鹽和絡(luò)合劑的混合物，所述的金屬鹽和絡(luò)合劑的混合物為 Cu2SO4' InCl3' Na2S2O3 和檸檬酸；Cu2S04、InCl3' SeO2 和檸檬酸；CdSO4, TeO2 和 H2SO40
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單線結(jié)構(gòu)柔性可編織的太陽能電池及其制備方法，包括基底、半導體薄膜、緩沖層、本征ZnO層和導電層，其特征在于，所述的基底為導電柔性線狀基底；其制備方法，包括將清洗過的導電柔性線狀基底在前驅(qū)體溶液中進行電化學沉積；然后進行燒結(jié)，再利用化學浴沉積的方法沉積緩沖層，最后制備本征ZnO層和導電層，即得。本發(fā)明的用于組裝單線結(jié)構(gòu)柔性可編織太陽能電池，易于封裝，具有廣泛的應用前景；本發(fā)明中以可導電的柔性線狀體為基底，采用電化學沉積法制備半導體薄膜，操作簡單，成本較低，不會產(chǎn)生有毒氣體，對環(huán)境友好。
文檔編號H01L31/02GK102623516SQ20121009394
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者何冠杰, 匡興羽, 宋琳琳, 張冰潔, 田啟威, 胡俊青, 胡向華, 陳志鋼 申請人:東華大學