一種溶液法加工的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種溶液法加工的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池及其制備方法。所述太陽電池由下到上依次由玻璃襯底、陰極、陰極界面層、n型層、光活性層和陽極疊層而成；所述的光活性層厚度為100~700 nm，由一層或多層CdTe納米晶層組成；所述的n型層為CdSe薄膜。本發(fā)明大幅提高碲化鎘-硒化鎘全無機納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的能量轉(zhuǎn)化率，提高器件的開路電壓和填充因子，大大延長了器件壽命。本發(fā)明制備工藝簡單，主要過程均可在普通的通風(fēng)櫥內(nèi)溶液加工完成，且使用較低溫度熱處理，大大減少了制作成本。
【專利說明】一種溶液法加工的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽 電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電器件領(lǐng)域，特別涉及一種溶液法加工的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異 質(zhì)結(jié)高效太陽電池及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 二十一世紀(jì)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(yīng)導(dǎo)致地球的平均溫度上升了 0. 3?0. 6°C，海平面上升了 10?25cm。溫室效 應(yīng)氣體的主要成分是二氧化碳，而其中的80%是由化石燃料的消耗產(chǎn)生的?？梢?，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(dāng)今人類亟待解決的 問題。開發(fā)太陽能，是當(dāng)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。
[0003] 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First Solar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(xué)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(dǎo)體材料良好的太陽光譜響應(yīng)、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(dāng)前研宄的一個熱點。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。
[0004] 2005 年，Alivisatos (I. Gur，N. A. Fromer，M. L. Geier，A. P. Alivisatos，Scien ce，2005, 310, 462.)研宄小組開展了基于旋涂方法制備無機納米晶太陽電池的研宄。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CdTe和CdSe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) / A1的全無機納米晶太陽電池。其中CdTe作為給體層主要吸收太陽能產(chǎn)生的電子空穴對， CdSe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。最終，在標(biāo)準(zhǔn)AMI. 5G模擬太陽 照射下，最高短路電流13. 2mA/cm2,開路電壓0. 45V，填充因子0. 49,器件轉(zhuǎn)化效率達到了 2. 9%。其實，還可以通過減小CdTe和CdSe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。
[0005] 2010 年，Anderson (J. D. Olson, Y. W. Rodriguez, L. D. Yang, G. B. Alers，S. A. Carter, Appl. Phys. Lett.，2010, 96, 242103.)研宄小組開發(fā)了非錯金屬電極，并研宄了 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，018〇11〇.0.018〇11，￥. W. Rodriguez, L. D. Yang, G. B. Alers，S. A. Carter, Appl. Phys. Lett.，2010, 96, 242103.)研 宄小組制備了 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(yīng)，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IT0) 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(fù)合，擴散長度有限，不能全部被 吸收。
[0006] 20 11 年，Jasieniak (J. Jasieniak，B. I? MacDonald，S. E. Watkins, P. Mulvaney, Nano Lett.，2011，11，2856.)研宄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(yīng)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(yīng) 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。
[0007] 2013年，Donghuan Qin (Donghuan Qin, Yiyao Tian, Yijie Zhang, Yizhao Lin, Kuo Gao, J Nanopart Res, (2013) 15:2053)研宄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Zn〇-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IT0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(yīng)不佳，這是由于窗口層CdS對短波長的光響應(yīng)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。
[0008] 2014 年，Troy K. Townsend (Troy K. Townsend，Edward E. Foos. Phys. Chem. Chem. Phys，2014, 16, 16458)研宄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IT0和Au電極的電池轉(zhuǎn)化效率為1. 7%，將 溶液法制備的IT0電極換成商業(yè)的IT0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)IT0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IT0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IT0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。
[0009] 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IT0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IT0上，而光是從IT0的一側(cè)入射，因此者p-n結(jié)處于 遠(yuǎn)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(fù)合，從而降低了光吸收效率；另一方 面，陰極主要采用A1等低功函數(shù)金屬，這種金屬容易氧化，且通常需要400°C溫度熱處理， 而ITO在400°C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?zé)崽幚矸?式是當(dāng)務(wù)之急。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對以上問題，本發(fā)明提供一種采用倒置結(jié)構(gòu)的CdTe/CdSe異質(zhì)結(jié)高效太陽電 池。
[0011] 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。
[0012] 本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：
[0013] -種CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)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、n型層、光活性層和陽極疊層而成；所述的光活性層厚度為100?700nm，由 一層或多層CdTe納米晶層組成；所述的n型層為CdSe薄膜。
[0014] 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)，還增加了陰極界面層。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。
[0015] 進一步優(yōu)化的，所述的陰極界面層指ZnO薄膜，厚度為20?100 nm。
[0016] 進一步優(yōu)化的，所述的光活性層為CdTe層。所述光活性層的厚度為100?700nm， 優(yōu)選為400?600nm，更優(yōu)選為500nm，由一層或多層CdTe納米晶層組成。
[0017] 進一步優(yōu)化的，所述陰極指氧化銦錫導(dǎo)電膜（IT0)，所述陰極的厚度為80? 200nm。所述的n型層厚度為40?150nm ;所述的陽極為Au，其厚度為80?200nm〇
[0018] 進一步優(yōu)化的，所述的n型層為CdSe層。CdSe層采用將CdSe納米晶溶解于有機 溶劑，得到分散液，將上述分散液經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打 印方式沉積在陰極界面層上得到，其厚度為40nm?150nm。
[0019] 進一步優(yōu)化的，所述的陽極為Au，其厚度為80nm。
[0020] 進一步優(yōu)化的，所述的光活性層由以下方法制備得到：將CdTe納米晶溶于有機溶 劑，得到納米晶分散液，將所述納米晶分散液旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷 或噴墨打印方式沉積在n型層上，得到CdTe納米晶層，形成光活性層；所述的有機溶劑指極 性有機溶劑，包括正丙醇、吡啶、苯甲醇或體積分?jǐn)?shù)為1:1的吡啶/正丙醇混合溶液；所述納 米晶分散液的濃度為〇. 01?lg/mL。所述的CdTe納米晶采用層層燒結(jié)處理法，即每次沉積 成膜后，都需要對膜進行化學(xué)處理以及熱處理；所述的化學(xué)處理以及熱處理為：將所得的 膜于加熱臺上50?300°C加熱1?5min去除有機溶劑，浸入CdCl2飽和甲醇溶液1?3s， 放在加熱臺上300?400°C熱處理5?60s，浸入甲醇中漂洗1?10s，吹干。
[0021] 進一步優(yōu)化的，所述的n型層由以下方法制備得到：將CdSe納米晶溶于有機溶劑， 得到納米晶分散液，將上述分散液經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打 印方式沉積在陰極界面層上，得到CdSe納米晶層，形成n型層；所述的有機溶劑指極性有機 溶劑，包括正丙醇、吡啶、苯甲醇或體積分?jǐn)?shù)為1:1的吡啶/正丙醇混合溶液；所述納米晶分 散液的濃度為〇. 01?lg/mL。所述的CdSe納米晶采用層層燒結(jié)處理法，即沉積成膜后，對 膜進行熱處理，所述的熱處理為：將膜放在加熱臺上100?200°C加熱1?15min，再在加熱 臺上300?400°C熱處理10?60s，最后放在加熱臺上320?370°C熱處理1?50min。
[0022] 進一步優(yōu)化的，所述陰極界面層通過溶液法加工得到，包含以下具體步驟：將前驅(qū) 體溶解在有機溶劑中，得到溶膠；將所述溶膠采用旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、 印刷或噴墨打印方式沉積在陰極上，形成陰極界面層。所述溶膠的濃度為0. 01?lg/mL ; 所述的溶膠的制備步驟為：將醋酸鋅和乙醇胺按照鋅原子與乙醇胺分子1:1的比例溶解于 乙二醇甲醚中，再進行超聲分散。所述的有機溶劑指乙醇胺和乙二醇甲醚混合溶液。由于 CdSe在ITO上直接沉積，很難獲得光滑均勻的薄膜，因而加入ZnO層，將可以保證CdSe薄膜 的均勻致密度無孔，防止上層的CdTe直接與IT0接觸，減少漏電流的產(chǎn)生，最終提高器件的 性能。
[0023] 進一步優(yōu)化的，所述光活性層的厚度通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及控制CdTe納米晶分散液 的濃度來控制。
[0024] 為了提高光活層的質(zhì)量，在旋涂結(jié)束后，需要對薄膜進行熱處理以及化學(xué)處理。
[0025] 本發(fā)明利用CdTe-CdSe作為異質(zhì)結(jié)，該異質(zhì)結(jié)的晶格失配率很小，熱膨脹系數(shù)相 近，很好地改善了界面，ZnO作為緩沖層的存在，使原本收集空穴的IT0轉(zhuǎn)而收集電子，降低 了電極界面的粗糙度，使電池性能得到很大的改善。
[0026] CdTe 納米晶參照文獻（5.51111，11.]\11^11，￥.?.6&〇,0.11.如11，丄]\&^61^&18. Chemistry.，2012, 517, 6853 - 6856.)制備得到。
[0027] 上述CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備方法，包含以下具體步驟：
[0028] ①將附著有陰極的玻璃襯底清洗，干燥；
[0029] ②米用溶液法在陰極表面沉積陰極界面層；
[0030] ③米用溶液法在陰極界面層上沉積n型層；
[0031 ] ④采用溶液法在n型層上沉積光活性層；
[0032] ⑤采用蒸鍍法在光活性層上蒸鍍陽極；即得高效CdTe/CdSe納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電 池。
[0033] 在陰極基片上依次制備的陰極界面層、CdSe薄膜、CdTe薄膜均在常規(guī)的化學(xué)通風(fēng) 廚中進行，不需要任何的氣體保護或者特別潔凈措施。
[0034] 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CdSe薄膜均勻、致 密、無針孔，防止上層的CdTe直接與IT0接觸，減少漏電流的產(chǎn)生，最終提高器件的性能。
[0035] 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：
[0036] (1)本發(fā)明太陽電池采用倒置結(jié)構(gòu)，使結(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5. 81 %，是目前文獻報導(dǎo)的同類器件的最高水平。
[0037] (2)陽極采用高功函數(shù)Au作為空穴收集電極，防止了金屬電極被氧化，保證陽極 的穩(wěn)定性，增強了納米晶太陽電池的穩(wěn)定性，使用壽命大大增加。
[0038] (3)采用對太陽光譜（波長處于250?2400nm)具有80%以上的透射率的薄膜作 為陰極電極，有利于活性層對光的吸收。
[0039] (4)本發(fā)明的太陽電池采用溶液加工納米晶技術(shù)，采用層層燒結(jié)法制備得到超薄 且高品質(zhì)的膜層，實現(xiàn)太陽電池的超薄化。
[0040] (5)本發(fā)明用CdSe做n型層，跟CdTe的晶格結(jié)構(gòu)相近，有很好的匹配性，失配率很 低，形成良好的接觸面。
[0041] (6)本發(fā)明對納米晶材料進行較低溫度的熱處理，在不破壞ITO性能情況下，增大 了晶粒尺寸，降低了缺陷態(tài)密度，使器件的性能大大提升。
[0042] (7)本發(fā)明太陽電池的制備工藝簡單、可進一步發(fā)展為卷對卷溶液加工法，以節(jié)省 原料，容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明提供的倒置結(jié)構(gòu)的碲化鎘納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0044] 本發(fā)明中所述電池由玻璃襯底、陰極、陰極界面層、n型層、光活性層、陽極依次疊 層而成（如圖1所示）。在陰極和n型層之間加入陰極界面層以及采用了層層燒結(jié)工藝制 備出倒置結(jié)構(gòu)CdTe/CdSe異質(zhì)結(jié)，所述陰極界面層是指ZnO。陰極界面層不僅作為電子傳輸 層，還增強了器件的電學(xué)性能，CdSe薄膜生長在光滑無針孔的陰極界面層上保證其鋪展的 平整均一性，從而防止上層CdTe直接與ZnO接觸而降低器件的性能。由于ZnO層的存在， 原本收集空穴的IT0變?yōu)槭占娮樱肷涔膺M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，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。所 述倒置結(jié)構(gòu)的CdTe納米晶活性層、CdSe納米晶n型層分別通過溶液加工法制備，并在合適 條件下進行CdCl2熱處理，可以增大晶粒尺寸，減少晶界從而降低缺陷態(tài)密度，從而提升器 件性能。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、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打印方式沉積在IT0上形成陰極界面層；將CdSe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、絲網(wǎng)印刷、印刷 或噴墨打印方式沉積在ZnO層上并用CdCl2溶液熱處理，形成n型層；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、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨 打印方式沉積在CdSe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。
[0045] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。一、倒置結(jié)構(gòu)CdTe/CdSe納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備：
[0046] (1) IT0導(dǎo)電玻璃襯底的清洗：（規(guī)格為15毫米X 15毫米，IT0的厚度約為130nm， 其方塊電阻約為20歐姆/方塊，從珠海凱為電子元器件有限公司購買）將基片依次在丙 酮、半導(dǎo)體專用洗滌劑、去離子水、異丙醇超聲處理lOmin，清潔IT0的襯底表面，隨后將IT0 片放入恒溫烘箱中80°C下靜置4h烘干。
[0047] (2)配置ZnO溶膠：將二水合醋酸鋅（3. 2925g)、乙醇胺（0. 905ml)、乙二醇甲醚 (30ml)裝入三口瓶中，密封。保持80°C油浴加熱2小時。（以上均為分析純藥品，從廣州芊 薈化學(xué)玻璃有限公司購買），用〇. 45 y m的過濾器過濾，裝入玻璃瓶并充入少許氮氣，即得 到ZnO溶膠。
[0048] (3)陰極界面層的制備：將ITO片置于勻膠機（KW-4A型）上，滴加步驟⑵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°C下熱處理lOmin，再400°C加熱lOmin，冷卻至室溫，分別置于丙酮和異丙醇中超聲 lOmin (超聲功率為1000W)，氮氣槍吹干，得到厚度為40nm的陰極界面層。
[0049] (4) n型層的制備：
[0050] ①CdSe納米晶的制備：稱取十四酸鎘（1.6mmol，906mg)，氧化三辛基磷2. 35g， 十四酸（肉豆蔻酸，C13H26C00H，92mg)加入50ml的三口瓶（瓶口分別裝有溫度計、冷凝管、 導(dǎo)氣管）中，在氮氣保護下加熱至240°C，此時十四酸鎘已分解（分解溫度為228°C)，呈現(xiàn) 淡黃色溶液。在此溫度下保持5min，將三辛基磷-硒（硒的濃度為0. 8mmol/mL，取lml)迅 速注入到反應(yīng)體系（其中三辛基磷、氧化三辛基磷均購自阿拉丁化學(xué)試劑公司，其余購自 芊薈化學(xué)玻璃有限公司），整個反應(yīng)在240°C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吡啶溶液中，100°C下、氮氣保護，回流10h，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CdSe納米晶。
[0051] ②將上述制備得到的CdSe納米晶溶解在體積比為1:1的正丙醇/吡啶的混合溶 劑，濃度為〇. 〇4g/mL，超聲2h (超聲功率為1000W)，通過0. 45 y m (有機系）的過濾器過濾。
[0052] 將步驟（3)處理的基片置于勻膠機（KW-4A型）上，滴加上述CdSe納米晶分散液， 高速旋涂（速率為2000rpm)，放在加熱臺上150°C加熱lOmin除去有機溶劑，刮掉陰極位置 的納米晶層，放在加熱臺上，340°C熱處理40s，以上步驟完成后放在加熱臺上350°C熱處理 30min，得到厚度為60nm的CdSe納米晶層。制得單層CdSe納米晶作為n型層。
[0053] (5)光活性層的制備：
[0054] ① CdTe 納米晶的制備：參照文獻（5.51111，11.]\11^11，￥.?.6&〇,0.11.如11，工 Materials. Chemistry.，2012, 517, 6853 - 6856.)，具體制備過程如下：稱取十四酸鎘 (1.6mmol，906mg)，氧化三辛基磷2.35g，十四酸（肉豆蔻酸，C13H26C00H，92mg)加入50ml的 三口瓶（瓶口分別裝有溫度計、冷凝管、導(dǎo)氣管）中，在氮氣保護下加熱至240°C，此時十四 酸鎘已分解（分解溫度為228°C )，呈現(xiàn)淡黃色溶液。在此溫度下保持5min，將三辛基磷-碲 (蹄的濃度為0. 8mmol/mL，取lml)迅速注入到反應(yīng)體系（其中三辛基磷、氧化三辛基磷均 購自阿拉丁化學(xué)試劑公司，其余購自芊薈化學(xué)玻璃有限公司），整個反應(yīng)在240°C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吡啶溶液中，100°C下、氮 氣保護，回流l〇h，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。
[0055] 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，濃度為〇. 〇4g/mL，超聲2h (超聲功率為1000W)，通過0. 45m(有機系）的過濾器過濾。
[0056] 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l〇〇〇rpm)，放在加熱臺上150°C加熱3min除去有機溶劑，刮掉陰極位置 的納米晶層，浸入150°C的CdCl2的飽和甲醇溶液中10s，再浸入120°C的正丙醇溶液中，以 去除多余的CdCl2，用氮氣吹干，放在350°C加熱臺上，熱處理40s，再放在150°C加熱臺處理 2min，浸入120°C甲醇中漂洗3?5s，氮氣槍吹干，用340°C處理lOmin，得到厚度為100nm 的CdTe納米晶層。重復(fù)旋涂5層，得到多層CdTe納米晶。
[0057] (6)陽極的蒸鍍：將上述基片真空鍍腔中，3Xl(T4Pa的高真空下，蒸鍍Au(80nm)， 得到陽極。
[0058] 將所得器件進行封裝處理，得到結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Au的倒置結(jié)構(gòu)無機 薄膜太陽電池（結(jié)構(gòu)示意圖見圖1)。
[0059] 二、CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池的性能測定：
[0060] 太陽電池器件性能參數(shù)的測定要以太陽光為測試標(biāo)準(zhǔn)。實驗室中用AM 1. 5G測量 標(biāo)準(zhǔn)的輻射照度是l〇〇〇W/m2。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)電池判斷光源是否符合AM1.5G的輻照度。標(biāo)準(zhǔn)硅太陽電池經(jīng)過校準(zhǔn)：在AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn) 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：

【權(quán)利要求】
1. 一種溶液法加工的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于，所述太 陽電池由下到上依次由玻璃襯底、陰極、陰極界面層、n型層、光活性層和陽極疊層而成；所 述的光活性層厚度為1〇〇~7〇〇 nm，由一層或多層CdTe納米晶層組成；所述的n型層為CdSe 薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述的陰極界面層指ZnO薄膜，厚度為20~100 nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述陰極指氧化銦錫導(dǎo)電膜，厚度為80~200 nm ;所述的n型層厚度為40~150 nm ;所述的陽 極為Au，其厚度為80~200nm〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于： 所述的光活性層由以下方法制備得到：將CdTe納米晶溶于有機溶劑，得到納米晶分散液， 將所述納米晶分散液旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打印方式沉積在 n型層上，得到CdTe納米晶層，形成光活性層；所述的有機溶劑指極性有機溶劑，包括正丙 醇、吡啶、苯甲醇或體積分?jǐn)?shù)為1:1的吡啶/正丙醇混合溶液；所述納米晶分散液的濃度為 0. 01~1 g/mL。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述的CdTe納米晶采用層層燒結(jié)處理法，即每次沉積成膜后，都需要對膜進行化學(xué)處理以及 熱處理；所述的化學(xué)處理以及熱處理為：將所得的膜于加熱臺上50~300°C加熱l~5min去除 有機溶劑，浸入CdCl2飽和甲醇溶液l~3s，放在加熱臺上300~400°C熱處理5~60s，浸入甲醇 中漂洗l~l〇s，吹干。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述的n型層由以下方法制備得到：將CdSe納米晶溶于有機溶劑，得到納米晶分散液，將上述 分散液經(jīng)旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打印方式沉積在陰極界面層 上，得到CdSe納米晶層，形成n型層；所述的有機溶劑指極性有機溶劑，包括正丙醇、吡啶、 苯甲醇或體積分?jǐn)?shù)為1:1的吡啶/正丙醇混合溶液；所述納米晶分散液的濃度為〇. 〇1~1 g/ mL〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述的CdSe納米晶采用層層燒結(jié)處理法，即沉積成膜后，對膜進行熱處理，所述的熱處理為： 將膜放在加熱臺上1〇〇~200 °C加熱l~15min，再在加熱臺上300~400 °C熱處理10~60 s，最 后放在加熱臺上320~370 °C熱處理1~50 min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述陰極界面層通過溶液法加工得到，包含以下具體步驟：將前驅(qū)體溶解在有機溶劑中，得到 溶膠；將所述溶膠采用旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打印方式沉積在 陰極上，形成陰極界面層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽電池，其特征在于：所 述溶膠的濃度為〇. 〇1~1 g/mL ;所述的溶膠的制備步驟為：將醋酸鋅和乙醇胺按照鋅原子 與乙醇胺分子1:1的比例溶解于乙二醇甲醚中，再進行超聲分散。
10. 制備權(quán)利要求1~9任一項所述溶液法加工倒置結(jié)構(gòu)CdTe納米晶異質(zhì)結(jié)高效太陽 電池的方法，其特征在于，包含以下具體步驟： ① 將附著有陰極的玻璃襯底清洗，干燥； ② 米用溶液法在陰極表面沉積陰極界面層； ③ 采用溶液法在陰極界面層上沉積n型層； ④ 采用溶液法在n型層上沉積光活性層； ⑤ 采用蒸鍍法在光活性層上蒸鍍陽極；即得高效CdTe/CdSe納米晶異質(zhì)結(jié)太陽電池。
【文檔編號】H01L31/0224GK104505423SQ201410657646
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】覃東歡, 盧寬寬, 劉涵, 謝雅, 吳榮方 申請人:華南理工大學(xué)