本發(fā)明屬于光電器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于溶液法加工的具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
二十一世紀以來，化石能源經(jīng)數(shù)十年的大規(guī)模開采使用，已瀕于枯竭。工業(yè)革命至今，溫室效應導致地球的平均溫度上升了0.3～0.6℃，海平面上升了10～25cm。溫室效應氣體的主要成分是二氧化碳，而其中80％是由化石燃料的消耗產(chǎn)生的。可見，人類正遭遇能源短缺和環(huán)境惡化的雙重危機。發(fā)展一種高效清潔的能源，是當今人類函待解決的問題。開發(fā)太陽能，是當今能源開采的必然趨勢，因為太陽能正是符合上述條件的綠色能源。太陽能光伏發(fā)電，與傳統(tǒng)的發(fā)電原理相比，具有不經(jīng)過其他媒介，無轉(zhuǎn)動部件，模塊化結(jié)構(gòu)，運行維護簡易，建設(shè)周期短以及利用荒漠土地和建筑物屋頂資源等優(yōu)點，是大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的必由之路。
傳統(tǒng)的晶硅電池，因其對原料和能源需求較大，成本居高不下，且能量回收期較長，性價比有待提高。近年來，薄膜電池以其成本低廉的絕對優(yōu)勢異軍突起，主要包括硅基薄膜太陽電池、無機化合物薄膜電池(銅銦鎵硒(cigs)薄膜電池、碲化鎘(cdte)太陽電池)和有機聚合物薄膜電池。其中，無機化合物薄膜太陽電池優(yōu)點是能很好地與太陽光譜匹配、吸收系數(shù)較大、能量轉(zhuǎn)換效率高。近期，美國的實驗室制作的碲化鎘薄膜太陽電池的能量轉(zhuǎn)化效率達到了20.4％，與多晶硅太陽電池的最高轉(zhuǎn)化效率非常接近。但是，其主要的制備方法是近空間升華法、真空蒸鍍法、電化學沉積法、磁控濺射法等，真空或高溫環(huán)境制約其成本的進一步降低?；谌芤悍庸さ臒o機納米晶太陽電池，可以通過引入卷對卷溶液加工法，實現(xiàn)工業(yè)上低成本、大面積、輕重量、可彎曲薄膜太陽電池的制備，且能保持無機半導體材料良好的太陽光譜響應、載流子傳輸性能以及良好的穩(wěn)定性的優(yōu)點。納米晶太陽電池是當前研究的一個熱點。不僅如此，納米晶材料可以通過調(diào)節(jié)晶粒的尺寸大小來進行帶隙調(diào)控，實現(xiàn)單一材料多種帶隙，這是聚合物材料無法比擬的優(yōu)勢。
2005年，alivisatos(i.gur，n.a.fromer，m.l.geier，a.p.alivisatos，science，2005，310，462.)研究小組開展了基于旋涂方法制備無機納米晶太陽電池的研究。主要是借鑒了有機聚合物溶液成膜的方法，采用溶劑熱法制備出和納米晶分別作為給體和受體材料，采用旋涂的方法成功制備了結(jié)構(gòu)為ito/cdte(100nm)/cdse(100nm)/al的全無機納米晶太陽電池。其中作為給體層主要吸收太陽能產(chǎn)生的電子空穴對，作為受體層，用于傳輸電子，形成了典型的二極管器件結(jié)構(gòu)。他們通過燒結(jié)處理改善晶面，減少缺陷態(tài)密度，從而減小串聯(lián)電阻，增大開路電壓。在標準am1.5模擬太陽光照射下，其短路電流為13.2ma/cm2，開路電壓為0.45v，填充因子為49％，轉(zhuǎn)化效率為2.9％。其實，還可以通過減小和的失配率來進一步提高開路電壓，從而提高光電轉(zhuǎn)化效率。至此，溶液法加工全無機納米晶太陽電池被廣泛關(guān)注。
2010年，anderson(j.d.olson，y.w.rodriguez，l.d.yang，g.b.alers，s.a.carter，appl.phys.lett.，2010，96，242103.)研究小組開發(fā)了非鋁金屬電極，并研究了cdte，cdse層厚度對器件性能的影響，發(fā)現(xiàn)通過增加cdte層的厚度可以獲得較好的能量轉(zhuǎn)化效率，但最好器件的轉(zhuǎn)化效率也僅為2.6％。主要原因是薄膜的平整度不理想且仍存在大量的晶界和缺陷態(tài)，另外晶粒的尺寸也沒有得到很好的控制。同年，olson(j.d.0lson，y.w.rodriguez，l.d.yang，g.b.alers，s.a.carter，appl.phys.lett.，2010，96，242103.)研究小組制備了cdte/al肖特基太陽電池，其效率達到5％。他們指出cdcl2熱處理使得cdte晶粒長大，通過優(yōu)化熱處理條件消除量子限域效應，增強了對太陽光的吸收。但是這種肖特基太陽電池本身的結(jié)構(gòu)存在一些問題限制了其效率的提高。即光是從陽極(透明電極ito)一端射入的，而肖特基結(jié)在陰極端，電子傳輸過程中發(fā)生復合，擴散長度有限，不能全部被吸收。
2011年，jasieniak(j.jasieniak，b.工.macdonald，s.e.watkins，p.mulvaney，nanolett.，2011，11，2856.)研究小組采用了全溶液層層疊加的方法，制備出cdte/zno納米晶太陽能電池，能量轉(zhuǎn)換效率達6.9％。因熱處理過程中會出現(xiàn)較大的應力，破壞薄膜晶體的周期性，采用layer-by-layer方法可以通過降低每一層的膜厚而減小應力的破壞，此外，對于上一層產(chǎn)生的缺陷，下一層能夠起到很好的補償作用，從而總體上提高了晶體層的質(zhì)量。
2013年，donghuanqin(donghuanqin，yiyaotian，yijiezhang，yizhaolin，kuogao，jnanopartres，(2013)15:2053)研究小組采用層層旋涂燒結(jié)加工法，首次成功制備出了ito/zno-in/cds/cdte/moox/ag倒置結(jié)構(gòu)的無機納米晶太陽電池，其效率達到了3.73％，是目前報道中同類器件的最高水平。他們采用倒置結(jié)構(gòu)電池的設(shè)計，減小了光在器件里傳播的路程，使入射光離p-n結(jié)更近，有利于載流子的收集，提高了對光的吸收效率。由溶膠法制備的zno-in，經(jīng)旋涂燒結(jié)形成致密平滑的界面層，保證了cds層鋪展的平整均一，從而有效避免了cdte層與ito的直接接觸造成較大的漏電流，提高了器件的性能。但是，器件在短波長范圍的響應不佳，這是由于窗口層cds對短波長的光響應較差，降低了活性層對短波長的利用，從而制約了轉(zhuǎn)化效率的提高。
2014年，troyk.townsend(troyk.townsend，edwarde.foos.phys.chem.chem.phys，2014，16，16458)研究小組用溶液法成功制備了結(jié)構(gòu)為ito/cdse/cdte/au的全溶液無機納米晶太陽電池，其中采用全溶液法加工的ito和au電極的電池轉(zhuǎn)化效率為1.7％，將溶液法制備的ito電極換成商業(yè)的ito電極轉(zhuǎn)化效率為2.0％，將溶液法制備au電極換成蒸鍍法au電極轉(zhuǎn)化效率為1.3％，同時采用商業(yè)ito電極和蒸鍍法au電極轉(zhuǎn)化效率達到了3.8％。相對塊體材料而言，納米晶通常有較低的熔點，因而可以使用相對低的熱處理溫度，使利用ito做電池的電極成為可能。雖然低功函數(shù)金屬可以跟n型層形成歐姆接觸，但是容易被氧化，影響器件的壽命，因而通常的高效電池均采用倒置結(jié)構(gòu)，以增強器件的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)器件的效率并不太理想，主要是cdse直接沉積在ito上，缺陷會較多，容易造成器件的短路，因而器件的開路電壓和填充因子都比較低，影響了器件的能量轉(zhuǎn)換效率。
對于正裝碲化鎘納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池而言，其器件結(jié)構(gòu)由玻璃襯底、陽極及其緩沖層、光活性層和陰極依次層疊構(gòu)成。這種活性層在ito襯底上，n型層在最外層，存在一定的問題：活性層cdte直接旋涂在ito上，而光是從ito的一側(cè)入射，因此p-n結(jié)處于遠離入射光的另一側(cè)，對于載流子的分離和傳輸極為不利，光生載流子需要經(jīng)過比較厚的活性層才能到達結(jié)區(qū)，在傳輸過程中就不可避免產(chǎn)生復合，從而降低了光吸收效率；另一方面，陰極主要采用al等低功函數(shù)金屬，這種金屬容易氧化，且通常需要400℃溫度熱處理，而ito在400℃高溫下性能會下降，器件的穩(wěn)定性就難以得到保證。尋找一種低溫熱處理方式是當務之急。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對以上問題，本發(fā)明提供一種基于溶液法加工的具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種溶液法制備上述太陽電池的方法。
本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)。
一種基于溶液法加工的具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池，所述太陽電池由下到上依次由玻璃襯底、陰極、陰極界面層、窗口層、光活性層和陽極疊層而成；所述窗口層的厚度為10～100nm，由一層或多層摻雜有mg、sb、in、al、bi、zr、pb、nb的tio2薄膜或者zns薄膜組成；所述光活性層為cdte納米晶層。
相比于傳統(tǒng)的太陽電池由玻璃襯底、陽極及其緩沖層、光活性層、陽極組成，本發(fā)明的太陽電池為倒置結(jié)構(gòu)，還增加了高透明窗口層。所述倒置結(jié)構(gòu)能夠保證異質(zhì)結(jié)區(qū)靠近入射光入射面，保證了載流子的高效收集和分離。所述高透明窗口層能實現(xiàn)對電子的有效吸收及增加光活性層對太陽光的利用。
進一步優(yōu)化的，所述陰極指氧化銦錫導電膜(fto)、摻氟二氧化錫導電膜(ito)、金屬膜和金屬氧化物薄膜中的至少一種，優(yōu)選使用fto，所用的fto透明導電玻璃表面電阻15ohm/sq，透光率83％，厚度1.6mm。所述陰極的厚度為80～200nm。
進一步優(yōu)化的，所述陰極界面層指zno薄膜，厚度為20～100nm。
進一步優(yōu)化的，所述的高透明窗口層指tio2或zns薄膜。tio2和zns均為是透明的n型寬帶隙半導體材料，tio2的homo,lumo能級分別為7.1ev和3.81ev，tio2與cdte納米晶薄膜形成異質(zhì)結(jié)，促使激子分離，tio2的homo能級較深對空穴有阻擋作用，可防止空穴進入陰極，并促進電子的向陰極運動；由于tio2的前驅(qū)體在fto表面的浸潤性不好，難以形成高質(zhì)量的薄膜，所以在tio2和fto之間引入一層zno提高tio2薄膜的質(zhì)量；同時zno還可以充當阻擋層，防止由于tio2層的缺陷造成cdte和fto直接接觸。
進一步優(yōu)化的，所述窗口層的制備包括以下步驟：將鈦酸四丁酯溶于有機溶劑中，得到二氧化鈦凝膠，再將摻雜物質(zhì)加入二氧化鈦凝膠中充分攪拌揮發(fā)得到摻雜二氧化鈦凝膠，將摻雜二氧化鈦凝膠經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、印刷(優(yōu)選為絲網(wǎng)印刷)或噴墨打印方式沉積到陰極界面層上，得到窗口層；所述的有機溶劑指三乙醇胺，乙酸和無水乙醇中的一種或以上。形成窗口層所述摻雜藥品包括醋酸鎂、乙氧化銻、醋酸銦、醋酸鋁、醋酸鉍、乙氧化鋯、醋酸鉛、醋酸鈮。
進一步優(yōu)化的，所述的窗口層采用層層燒結(jié)處理法，即每次沉積成膜后，都需要對膜進行熱處理，熱處理為將所得的膜于加熱臺上400～500℃加熱30～60min；進一步優(yōu)選窗口層的厚度為40nm。
進一步優(yōu)化的，所述光活性層的制備包括以下步驟：采用溶劑熱法制備得到cdte納米晶，再溶解于有機溶劑中得到黑色溶液，即納米晶溶液，將納米晶溶液經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、印刷(優(yōu)選為絲網(wǎng)印刷)或噴墨打印方式沉積在窗口層上,之后浸入飽和的甲醇溶液處理,350℃高溫處理一段時間,獲得納米晶單層,再由層層疊加的方式溶液加工制得能夠有效地減少界面缺陷和內(nèi)應力的,均勻致密的光活性層；所述光活性層由一層或多層碲化鎘納米晶疊加而成。
進一步優(yōu)化的,溶解cdte納米晶有機溶劑是指極性有機溶劑,如正丙醇、吡啶、甲基吡啶、苯甲醇一種或幾種組合而成。
cdte納米晶參照文獻(s.sun,h.m.liu,y.p.gao,d.h.qin,j.materials.chemistry.，2012,517,6853一6856.)制備得到。
進一步優(yōu)化的,所述光活性層厚度可以通過調(diào)節(jié)納米晶的濃度、旋涂轉(zhuǎn)速以及旋涂層數(shù)獲得。
進一步優(yōu)化的，所述光活性層的厚度為100～700nm，優(yōu)選厚度為500～600nm，由多層納米晶疊加而成。
所述陽極為au或al，厚度為80～200nm。au是一種高功函金屬，功函數(shù)5.1ev，可以與cdte的homo能級相匹配，形成歐姆接觸。進一步優(yōu)化的，所述陽極指au，厚度為20～100nm。
制備以上所述的一種基于溶液法加工的具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池的方法，包括如下步驟：
(1)將附著有陰極的玻璃襯底清洗，干燥；
(2)采用溶液加工的方式在陰極表面沉積陰極界面層；
(3)采用溶液加工法在陰極界面層上制備窗口層；
(4)采用溶液加工法在窗口層上制備光活性層；
(5)采用蒸鍍法在光活性層上蒸鍍陽極，得具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池。
在陰極基片上依次制備的陰極界面層、tio2薄膜、cdte薄膜均在常規(guī)的化學通風廚中進行，不需要任何的氣體保護或者特別潔凈措施。
本發(fā)明的機理為：
本發(fā)明太陽電池采用倒置結(jié)構(gòu)，保證結(jié)區(qū)靠近入射光入射面，保證了載流子的高效收集和分離；陽極采用高功函數(shù)au作為空穴收集電極，保證陽極的穩(wěn)定性；采用溶液加工技術(shù)，制備得到cdte超薄化層等，簡化制備工藝。引入zno界面層，使tio2薄膜均勻、致密、無針孔，防止上層的tio2直接與fto接觸，減少漏電流的產(chǎn)生，最終提高器件的性能。引入tio2高透明窗口層有效提高對電子的收集，實現(xiàn)與cdte晶格更有效匹配，并提高電池器件的開路電壓。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及有益效果：
(1)本發(fā)明太陽電池采用倒置結(jié)構(gòu)，保證結(jié)區(qū)靠近入射光入射面，保證了載流子的高效收集和分離，可大幅提高倒置結(jié)構(gòu)的碲化鎘納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的性能，能量轉(zhuǎn)換效率達到3.53％。
(2)陽極采用au作為空穴收集電極，防止了低功函數(shù)金屬與活性層的直接接觸，保證陽極的穩(wěn)定性，延長納米晶太陽電池的壽命。
(3)采用tio2凝膠制備高透明窗口層有效提高載流子收集效率，提高器件性能。
(4)采用對太陽光譜(波長處于250～2400nm)具有10％以上的透射率的薄膜作為兩端的陽極和陰極電極，實現(xiàn)透明或者半透明的太陽電池。
(5)本發(fā)明的太陽電池采用溶液加工技術(shù)，制備得到超薄化層，實現(xiàn)太陽電池的超薄化。
(6)本發(fā)明太陽電池的制備工藝簡單、節(jié)省原料，容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
本發(fā)明的太陽電池由玻璃襯底、陰極、陰極界面層、高透明窗口層、光活性層、陽極依次疊層而成(如圖1所示)。在陰極和高透明窗口層之間加入陰極界面層以及采用了層層燒結(jié)工藝制備出cdte納米晶光活性層，所述陰極界面層是指zno層。陰極界面層不僅作為電子傳輸層，還增強了器件的電學性能，cdte薄膜生長在蜂窩狀高透明窗口層上提高電子收集面積，提高該異質(zhì)結(jié)的電池性能。由于zno層的存在，原本收集空穴的fto變?yōu)槭占娮?，入射光進入p-n結(jié)的光程縮短，有利于提高載流子的分離效率。另外，太陽電池倒置結(jié)構(gòu)由于采用高功函數(shù)的金屬(金)而使得器件的性能更加穩(wěn)定。陰極界面層zno通過將前驅(qū)體材料溶于有機溶劑，制成溶膠，而后經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、印刷(絲網(wǎng)印刷)或噴墨打印方式沉積在fto上形成陰極界面層；所述的高透明窗口層由sol-gel法制備，將鈦酸四丁酯溶于有機溶劑，得到二氧化鈦凝膠，再將摻雜藥品加入二氧化鈦凝膠充分攪拌揮發(fā)得到摻雜二氧化鈦凝膠，將所述凝膠旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、印刷(絲網(wǎng)印刷)或噴墨打印方式沉積陰極界面層上，得到高透明窗口層；將cdte納米晶溶于有機溶劑，獲得納米晶分散液，而后經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、印刷(絲網(wǎng)印刷)或噴墨打印方式沉積在cdte薄膜上，并通過層層cdcl2燒結(jié)的方法，獲得光活性層；最后將陽極材料通過蒸鍍方式沉積在cdte薄膜上，形成陽極。
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
一、基于溶液法加工的具有高透明窗口層材料的高效cdte納米晶太陽電池的制備:
(1)fto導電玻璃襯底的清洗:(規(guī)格為15毫米×15毫米，fto的厚度為130nm,其方塊電阻為20歐姆/方塊，從珠海凱為電子元器件有限公司購買)將基片依次在甲苯、丙酮、半導體專用洗滌劑、去離子水、異丙醇中超聲處理l0min，清潔fto的襯底表面，隨后將fto片放入恒溫烘箱中80℃下靜置2h烘干。
(2)配置zno溶膠:將二水合醋酸鋅(3.2925g)、乙醇胺(0.905m1)、乙二醇甲醚(30m1)裝入三口瓶中，密封。保持80℃油浴加熱2小時。(以上均為分析純藥品，從廣州芊薈化學玻璃有限公司購買)，用0.45μm的過濾器過濾，裝入玻璃瓶并充入氮氣，即得到zno溶膠。
(3)陰極界面層的制備:將烘干后的fto片置于勻膠機((kw-4a型)上，滴加步驟(2)制備得到的zno溶膠，經(jīng)高速旋涂(3000rpm，時間20s)，刮掉陰極位置的zno層，放于加熱臺上，先200℃下熱處理l0min，再400℃加熱l0min，冷卻至室溫，分別置于丙酮和異丙醇中超聲l0min(超聲功率為1000w),氮氣槍吹干，得到厚度為40nm的陰極界面層。
(4)高透明窗口層的制備：
①tio2凝膠的制備：用量筒量取25ml無水甲醇，分別用注射器抽取4.25ml鈦酸四丁酯和3.75ml三乙醇胺加入50ml燒杯中，攪拌2h，用塑料滴管加入5ml乙酸，5ml去離子水，加入適量乙氧化銻進行摻雜，繼續(xù)攪拌24h，記錄溫度、濕度，在通風櫥中揮發(fā)至凝膠態(tài)，得tio2凝膠。(以上均為分析純藥品，從廣州芊薈化學玻璃有限公司購買)
②將步驟(3)處理的基片置于勻膠機((kw-4a型)上，滴加上述tio2凝膠，高速旋涂(速率為2500rpm，時間15s)，刮掉陰極位置的窗口層，放在加熱臺上500℃加熱1h，置于異丙醇中超聲8min,氮氣槍吹干，放在加熱臺上用150℃處理l5min，得到厚度為40nm的高透明窗口層。
(5)光活性層的制備:
①cdte納米晶的制備:參照文獻(s.sun,h.m.liu,y.p.gao,d.h.qin,j.materials.chemistry.,2012,517,6853-6856.)，具體制備過程如下:稱取十四酸鎘(l.6mmo1,906mg),氧化三辛基磷2.35g十四酸(肉豆蔻酸，c13h26cooh,92mg)加入50m1的三口瓶(瓶口分別裝有溫度計、冷凝管、導氣管)中，在氮氣保護下加熱至240℃，此時十四酸鎘已分解(分解溫度為228℃)，呈現(xiàn)淡黃色溶液。在此溫度下保持5min，將三辛基磷一碲(碲的濃度為0.8mmo1/ml，取lml)迅速注入到反應體系(其中三辛基磷、氧化三辛基磷均購自阿拉丁化學試劑公司，其余購自芊薈化學玻璃有限公司)，整個反應在240℃下持續(xù)30min；然后通過甲醇清洗3次，離心分離產(chǎn)物；將產(chǎn)物加入20ml吡啶中，100℃下、氮氣保護，回流l0h，回流結(jié)束后加入60ml正己烷溶劑，離心分離，最終產(chǎn)物用氮氣槍吹干，得到cdte納米晶。
②將上述制備得到的cdte納米晶溶解在體積比為1:1的正丙醇/吡啶的混合溶劑中，濃度為0.04g/ml，超聲2h(超聲功率為1000w)，通過0.45m(有機系)的過濾器過濾，得cdte納米晶溶液。
將步驟(4)處理的基片置于勻膠機((kw-4a型)上，滴加上述cdte納米晶溶液，高速旋涂(速率為1100rpm，時間20s)，放在加熱臺上150℃加熱3min除去有機溶劑，刮掉窗口層的納米晶層，浸入150℃的cdcl2的飽和甲醇溶液中l(wèi)0s，再浸入120℃的正丙醇中，以去除多余的cdcl2，用氮氣吹干，放在350℃加熱臺上，熱處理40s，再放在150℃加熱臺處理2min，浸入120℃甲醇中漂洗4s,氮氣槍吹干，用400℃處理l5min，得到厚度為100nm的cdte納米晶層。重復旋涂5層，得到多層cdte納米晶。
(6)陽極的蒸鍍:將步驟(5)所得基片放入真空鍍腔中，3×10-4pa的高真空下，蒸鍍au(80nm),得到陽極。
將所得器件進行封裝處理，得到結(jié)構(gòu)為fto/zno/tio2/cdte/au的倒置結(jié)構(gòu)無機cdte納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池(結(jié)構(gòu)示意圖見圖1)。
二、cdte納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的性能測定:
太陽電池器件性能參數(shù)的測定要以太陽光為測試標準。實驗室中用am1.5g測量標準的輻射照度是1000w/m2。當用太陽模擬光進行納米晶太陽電池性能測試時，首先要用標準電池判斷光源是否符合am1.5g的輻照度。標準硅太陽電池經(jīng)過校準:在am1.5g標準光譜下，即1000w/m2的輻射照度的光照射下，得到的短路電流為125ma。確定輻照強度后，即可對器件進行測試。用太陽模擬光進行太陽電池性能測試，太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率為:
其中pmax為最大輸出功率(單位：mw)，pin為輻射照度(單位：mw/cm2)，s為器件的有效面積(單位：cm2)。測量聚合物本體異質(zhì)結(jié)太陽電池性能的設(shè)備裝置如表1所示。
表1
實施例1
不同濃度乙氧化銻摻雜對cdte納米晶太陽電池的影響：
分別選用不摻雜、摻雜乙氧化銻濃度為3wt％、5wt％、8wt％的tio2薄膜作為窗口層，tio2熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，cdcl2燒結(jié)溫度定為400℃，燒結(jié)時間為15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表2
表2比較了不同乙氧化銻摻雜濃度下碲化鎘太陽電池的效率，可以看出摻雜3wt％時效率達到了最大值，之后繼續(xù)加大摻雜濃度效率變化不大。
實施例2
不同cdcl2燒結(jié)溫度對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用370℃、380℃、390℃、400℃為cdcl2燒結(jié)溫度，tio2熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，選用摻雜乙氧化銻濃度為3wt％的tio2薄膜作為窗口層，燒結(jié)時間為15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表2
表2比較了不同cdcl2燒結(jié)溫度下碲化鎘太陽電池的開路電壓、短路電流、效率等方面的變化，可以看出隨著加熱溫度在370℃到400℃變化過程中，太陽電池效率逐步提高，更高的熱處理溫度有利于cdte納米晶的生長并有效減少缺陷生成更加致密的晶格。
實施例3
不同cdcl2燒結(jié)時間對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用10min、15min、20min、30min為cdcl2燒結(jié)時間，tio2熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，選用摻雜乙氧化銻濃度為3wt％的tio2薄膜作為窗口層，燒結(jié)溫度為400℃，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表3
表3比較了不同cdcl2燒結(jié)時間下碲化鎘太陽電池的開路電壓、短路電流、效率等方面的變化，從數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，15min的熱處理時間下太陽電池效率明顯優(yōu)于其他處理時間，短于15min燒結(jié)時間內(nèi)納米晶顆粒處于未完全生長好的階段，限制器件效率，超過15min的燒結(jié)時間后cdte層材料與空氣中的水氧產(chǎn)生反應影響了電池效率的進一步提升。
實施例4
不同摻雜物質(zhì)對cdte納米晶太陽電池的影響：
分別選用摻雜乙氧化銻、醋酸銦、醋酸鋁、乙氧化鋯的tio2薄膜作為窗口層，摻雜濃度為3wt％，熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，燒結(jié)溫度為400℃，15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表4
表4比較了摻雜不同物質(zhì)對cdte太陽電池的影響，其中摻雜乙氧化銻的窗口層材料測得了性能最優(yōu)異的電池器件。不同摻雜物質(zhì)改變了tio2窗口層的成膜特性，結(jié)構(gòu)改變導致窗口層對電子收集效率相應改變。
實施例5
不同窗口層對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用tio2薄膜、zns薄膜作為窗口層，摻雜濃度為3wt％的乙氧化銻，熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，燒結(jié)溫度為400℃，15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表5
表5比較了兩種不同材料作為窗口層時對電池器件的影響，不同材料經(jīng)過處理后在zno薄膜上成膜形態(tài)差別以及與cdte光活性層的晶格匹配影響了器件性能。
實施例6
不同窗口層厚度對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用厚度為20nm、40nm、60nm、80nm、100nm的tio2薄膜作為窗口層，tio2薄膜摻雜濃度為3wt％的乙氧化銻，熱處理溫度為500℃，熱處理時間為1h，zno定為40nm碲化鎘層定為500nm，cdcl2燒結(jié)溫度定為400℃，燒結(jié)時間為15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表6
表6比較了不同窗口層厚度對電池器件的影響，不同的窗口層厚度影響tio2薄膜的界面形狀從而影響對電子的收集。較薄的窗口層對電子吸收效率低，產(chǎn)生漏電流；較厚的窗口層影響對太陽光的利用，不利于提高效率。
實施例7
窗口層處理溫度對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用400℃、450℃、500℃作為tio2薄膜的熱處理溫度，tio2薄膜摻雜濃度為3wt％的乙氧化銻，厚度40nm，熱處理溫度為500℃，時間為60min。zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，燒結(jié)溫度為400℃，15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表7
表7比較了不同熱處理下窗口層對電池器件的影響，因fto導電玻璃厚度較大，需要較高的熱處理溫度使tio2薄膜成膜更致密，因而提高電池器件效率。
實施例8
窗口層熱處理時間對cdte納米晶太陽電池的影響
分別選用30min、40min、45min、55min、60min作為tio2薄膜熱處理時間、tio2薄膜摻雜濃度為3wt％的乙氧化銻，厚度40nm，熱處理溫度為500℃，zno定為40nm，碲化鎘層定為500nm，燒結(jié)溫度為400℃，15min，其它參數(shù)條件按照實施例1實施。
表8
表8比較了不同窗口層熱處理時間對電池器件的影響，隨著熱處理時間長度的增加，有效改變了電池效率，達到一定長度的熱處理時間有利于薄膜的成膜從而提高窗口層對電子的吸收，減少漏電流的產(chǎn)生。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。