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专利名称:一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池及其制备方法

文章来源: 发布时间: 2021-02-04

专利名称:一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池及其制备方法

申 请 号 

CN201710995180.5

申 请 日 

2017-10-23

公开(公告)号

CN107887513B

公开(公告)日 

2020-10-16

申请(专利权)人 

中国科学院合肥物质科学研究院

发 明 人 

陈王伟;王命泰;齐娟娟;董超

专利类型 

发明专利

摘 要 

本发明提供一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池,在玻璃衬基上依次沉积有阳极、三元无机平板型异质结薄膜、有机空穴传输层、阴极;所述的三元无机平板型异质结薄膜由 TiO2 纳米薄膜、CdS 纳米薄膜和 CuInS2 纳米薄膜组成,TiO2 纳米薄膜、CdS 纳米薄膜和 CuInS2纳米薄膜,依次沉积于太阳电池阳极上。本发明的技术进步和创新点主要体现在下列方面:(1)在核心材料方面,关键的 CuInS2 薄膜层的制备方法与现有技术完全不同,我们的制备方法更易实现大面积制备;(2)在电池结构和性能方面,我们在电池中使用有机空穴传输层,有效地避免 Au 原子沉积过程中产生的短路现象,电池具有更高的 Voc。

主权项 

一种基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池,其特征在于:在玻璃衬基上依次沉积有阳极、三元无机平板型异质结薄膜、有机空穴传输层、阴极;所述的太阳电池阳极为 ITO 层;所述的三元无机平板型异质结薄膜由 TiO2 纳米薄膜、CdS 纳米薄膜和 CuInS2 纳米薄膜组成,TiO 纳米薄膜、CdS 纳米薄膜和 CuInS 纳米薄膜,依次沉积于太阳电池阳极上;所述的有机空穴传输层为 Spiro-OMeTAD 薄膜;所述的阴极为 Au 薄膜;所述的基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池的制备方法,包括以下步骤:(1)将阳极 ITO 导电玻璃用浓盐酸和 Zn 粉刻蚀成细条,再经丙酮、异丙醇、超纯水分别超声清洗 4-6 分钟,干燥后,得经过刻蚀后的 ITO 导电玻璃;在刻蚀后的 ITO 导电玻璃上沉积 TiO 纳米薄膜后备用;(2)配置浓度为 0.4-0.6g/L 的硫酸镉水溶液,向其中加入浓度为25%-28%的氨水,并在 60-70℃水浴中搅拌溶解;配置浓度为 50-60g/L的硫脲水溶液;硫酸镉水溶液:氨水:硫脲水溶液体积比为340-360:54-58:43-47;将沉积有 TiO2 薄膜的 ITO 导电玻璃竖直悬空浸置于搅拌状态的硫酸镉和氨水的混合水溶液中,加入硫脲水溶液,继续在60-70℃水浴中进行 8-12min 反应沉积,得到 TiO 和 CdS 两种纳米薄膜组成的二元平板型异质结薄膜;(3)室温下将 InCl 溶于 N,N-二甲基甲酰胺中,搅拌 0.5-1.5 小时,配制成 145-147g/L 的溶液,然后加入 CuI,继续搅拌 0.5-1.5 小时,再加入硫脲,室温下搅拌 15-30 小时,得到 CuInS反应前驱物溶液,其中 InCl:CuI:硫脲的摩尔比为 1:1:6-10;将 CuInS 反应物前驱物溶液滴加到所得的二元平板型异质结薄膜上并旋涂成膜,重复旋涂 2 次,得到 CuInS 反应前驱物薄膜;将所得的反应前驱物薄膜放在 65℃真空干燥箱中干燥后,置于惰性气体保护下的热台上,先将热台温度升至 120-180℃并保持 4-6 分钟,然后继续升温至 200-300℃并于此温对样品进行 5-15 分钟的热处理;热处理结束后,样品自然冷却至室温,得到结晶性 CuInS 胚膜;重复操作至 CuInS 纳米薄膜的厚度达标,得到 TiO、CdS 和 CuInS 三种纳米薄膜组成的三元平板型异质结薄膜;(4)在步骤(3)所得的三元平板型异质结薄膜上,旋涂一层浓度为 60-90mg/mL 的 Spiro-OMeTAD、LiTFSI 和 TBP 混合物溶液,在空气中 50-150℃热处理 5-15 分钟,得到 Spiro-OMeTAD 薄膜空穴传输层;(5)在步骤(4)所得的 Spiro-OMeTAD 薄膜空穴传输层上,通过热蒸发方法蒸镀 Au 薄膜,得到基于三元无机平板型异质结薄膜的太阳电池;(6)将步骤(5)制得的太阳电池在惰性气体保护下封装获得太阳电池产品。

IPC信息 

IPC主分类号 

B82Y30/00

IPC分类号 

B82Y30/00

   B 作业;运输

    B82 超微技术

     B82Y 纳米结构的特定用途或应用;纳米结构的测量或分析;

       B82Y30 用于材料和表面科学的纳米技术

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