專利名稱:基于氧化鋅納米棒的光伏電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池和制造光伏電池的方法，尤其是在ZnO納米棒結(jié)構(gòu)體上制造光伏電池的方法，而該納米棒結(jié)構(gòu)體的所有層優(yōu)選通過(guò)化學(xué)噴射熱解制備。
背景技術(shù)：
光伏(PV)電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能的器件。使用廉價(jià)的材料和制造方法來(lái)利用太陽(yáng)能是重要的挑戰(zhàn)。需要低成本的沉積技術(shù)和PV器件的新設(shè)計(jì)以降低制造成本。已有許多在PV器件中使用納米結(jié)構(gòu)體的關(guān)注。基于納米多孔ニ氧化鈦的染料敏化光電化學(xué)太陽(yáng)能電池(DSSC)是最知名的納米結(jié)構(gòu)PV器件(B. O' Regan和M. Gratzel, Nature 353，737(1991))。有關(guān)DSSC未解決的問(wèn)題是其不穩(wěn)定性，以及其固態(tài)改性的不穩(wěn)定性。另ー方法是極薄吸收劑(H，eta)電池，其具有夾在兩個(gè)強(qiáng)烈相互滲透的透明寬帶隙半導(dǎo)體之間的特薄吸收劑(K. Ernst 等，Semicond. Sci. Technol. 18,475 (2003))。用于 η-太陽(yáng)能電池的最經(jīng)常使用的n型納米結(jié)構(gòu)窗ロ材料是多孔Ti02。或者，ZnO納米線或柱狀ZnO結(jié)構(gòu)體用于制備 ZnO η -電池(C. L6vy_Cl6ment 等，Physica E 14,229(2002))。無(wú)機(jī)吸收劑材料如 CdTe (以上 C. Levy-Clement 等；R. Tena-Zaera 等，Thin Solid Films 483,372 (2005)) > CdSe(Levy-Clement 等，Advanced Materialsl7,1512 (2005) ；R. Tena-Zaera等，C. R. Chimie 9,717 (2006) ;R. Tena-Zaera 等 Proceedings 21st European PV SolarEnergy Conf.，4-8 Sept. 2006, Dresden, Germany (2006)，第 238 頁(yè))或 In2S3 (D. Kieven 等，Applied Physics Letters 92,153107 (2008)已經(jīng)用于基于 ZnO 的電池。在基于 ZnO 納米線的n-電池中達(dá)到2. 3-2. 5%的轉(zhuǎn)化效率(參見(jiàn)以上C.R. Chimie ;以上D. Kieven等)。
用于光伏應(yīng)用的ZnO納米線層已經(jīng)通過(guò)如下制造電沉積(參見(jiàn)以上C. Levy-Clement, R. Tena-Zaera)、金屬有機(jī)氣相沉積(J. B. Baxter 和 E. S. Aydil, Sol.Energ. Mater. Solar cells 90，607 (2006))、水熱生長(zhǎng)(M. Guo, P. Diao, X. Wang 和 S. Cai，J. Solid State Chem. 178,3210(2005))和溶液沉積(以上 D. Kieven 等)。
在Yang等的美國(guó)專利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)US 2005/0009224A1)中描述了在透明導(dǎo)電氧化物(TCO)覆蓋的基底例如玻璃上生長(zhǎng)氧化鋅納米線(長(zhǎng)寬比為約10 約500)的方法，以及在這種納米線上構(gòu)造的染料敏化的太陽(yáng)能電池、有機(jī)-無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池和固態(tài)敏化的太陽(yáng)能電池。Yang中的納米線通過(guò)基于溶液的方法例如通過(guò)浸涂法進(jìn)行沉積。
最近，我們已開(kāi)發(fā)了通過(guò)化學(xué)噴射在導(dǎo)電透明電極上生長(zhǎng)氧化鋅納米棒陣列的低成本沉積方法(M. Krunks等，美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/671232 ;以W02006108425公開(kāi)的國(guó)際專利申請(qǐng) PCT/EE2006/000002)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及基于納米棒層的光伏(PV)電池的新型結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
本發(fā)明的ー個(gè)方面是新型PV電池，包括覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層的透明、基底、在所述TCO層上的納米棒金屬氧化物層、在所述納米棒金屬氧化物層上的(化學(xué))阻擋層、在所述阻擋層上的緩沖層、在所述緩沖層上的吸收劑層、以及與所述吸收劑層和所述TCO層連接的電觸點(diǎn)。[0008]根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述納米棒金屬氧化物層為ZnO納米棒層。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述ZnO納米棒層由含有ZnCl2的溶液通過(guò)噴射而沉積。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述透明基底為玻璃，且所述TCO層為氧化銦錫(ITO)、摻雜的SnO2或摻雜的ZnO層。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述極薄阻擋層包括TiO2并具有小于10nm，優(yōu)選小于5nm的厚度。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述極薄阻擋層包括InxSy。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述緩沖層包括In2S3XdS或ZnS。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述吸收劑層包括CuInS2或其它基于銅的黃銅礦例如CuInS2、CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2和它們的固溶體，或者類(lèi)似的基于Ag的化合物和它們的固溶體；或者無(wú)銦的CZTS型化合物例如Cu2ZnSnS4Xu2ZnSnSe4和/或它們的固溶體。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述PV電池還包括所述納米棒金屬氧化物層和所述阻擋層之間的薄導(dǎo)電層。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述導(dǎo)電層為摻雜的金屬氧化物層，例如銦或鋁ZnO層。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是PV電池，其包括覆蓋有ITO層的玻璃基底；由含有ZnCl2的溶液通過(guò)噴射沉積的納米棒氧化鋅層；由包含こ酸鋅和銦離子(In3+離子)的溶液通過(guò)噴射沉積的摻雜銦的氧化鋅層；由醇鈦溶膠通過(guò)浸涂或通過(guò)噴射制備的阻擋層；包括In2S3并通過(guò)噴射制備的緩沖層；以及通過(guò)噴射制備的包含CuInS2的吸收劑層。
本發(fā)明的另一方面是制造具有如上所述結(jié)構(gòu)體的PV電池的方法。這種結(jié)構(gòu)體僅通過(guò)或者大部分通過(guò)化學(xué)噴射熱解沉積而制備。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述方法包括通過(guò)化學(xué)噴射沉積將金屬氧化物例如ZnO納米棒層沉積在透明基底上的透明導(dǎo)電氧化物層上；將特薄阻擋層沉積在所述納米棒層上，所述特薄阻擋層包括TiO2或InxSy (其中X和y為整數(shù))；將緩沖層沉積在所述薄阻擋層上，所述緩沖層包括In2S3 ;以及將吸收劑層沉積在所述緩沖層上，所述吸收劑層包括CuInS2 ；和將電觸點(diǎn)連接到所述透明氧化物層和所述吸收劑層。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述金屬氧化物納米棒層由含有ZnCl2的溶液通過(guò)噴射而沉積。
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，所述方法另外包括在所述金屬氧化物納米棒層上沉積導(dǎo)電的摻雜金屬氧化物層的步驟。


本發(fā)明的技術(shù)要素通過(guò)如下附圖詳細(xì)描述。
圖I顯示根據(jù)本發(fā)明的光伏電池的簡(jiǎn)化示意圖。
圖2顯示在噴射酸性(pH 2. 8)溶液之前和之后(插圖，inset)的ZnO納米柱狀層的SEM圖像(圖2A)和太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體Zn0E/Ti02/In2S3/CIS的SEM圖像(圖2B)。
圖3A顯示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制造PV電池的方法的流程圖。
圖3B顯示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施方式制造PV電池的方法的流程圖。[0022]圖4A為在100mW/cm2的鹵素?zé)粽彰飨赂鶕?jù)本發(fā)明的PV電池(結(jié)構(gòu)化的電池)與平坦(flat)PV電池(分別為表I中所示的電池I和電池2)相比的電流-電壓特性。
圖4B為所有層噴射的PV電池IT0/Zn0K/Ti02/In2S3/CuInS2的電流-電壓特性(在黑暗中和在照明下)，該電池的電池轉(zhuǎn)化效率2. 6% (表I中所示的電池4)。
圖4C為具有不同厚度的噴射沉積TiO2層的結(jié)構(gòu)化PV電池的電流-電壓特性。厚度通過(guò)圖上阿拉伯?dāng)?shù)字所示的噴射脈沖數(shù)來(lái)控制。
圖4D為所有層噴射結(jié)構(gòu)化的PV電池ITO/ZnOK/InxSy/In2S3/CuInS2的電流-電壓特性(在黑暗中和在照明下)，電池轉(zhuǎn)化效率3. 9% (表I中所示的電池6)。
圖5顯示結(jié)構(gòu)化的太陽(yáng)能電池TCO/ZnOK/ZnO: In/Ti02/In2S3/CIS的橫截面的電子束感應(yīng)電流(EBIC)(圖5A)和SEM(圖5B)圖像。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的PV電池(結(jié)構(gòu)化的電池)與平坦PV電池(分別為表I中所示的電池I和電池2)相比的光譜響應(yīng)。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的光伏電池(PV電池或太陽(yáng)能電池)示意性地描繪在圖I中。PV電池構(gòu)造在覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層2的合適透明基底I上。玻璃是用于基底的最合適的材料之一。TCO層典型地為氧化錫例如氟摻雜的氧化錫(SnO2 = F或FTO)，或者氧化銦錫(ITO)，或銦、氟或鋁摻雜的氧化鋅(ZnO: In、ZnO: F、或ZnO: Al)。TCO覆蓋的玻璃可從許多制造商處商購(gòu)得到。
將納米棒層3例如氧化鋅納米棒(ZnOK)層沉積在所述TCO基底上。所述納米棒層優(yōu)選通過(guò)化學(xué)噴射熱解沉積(在下文中，噴射)制備。ZnO層包括伸長(zhǎng)的晶體。根據(jù)選區(qū)電子衍射(SAED)研究，在高于500°C的溫度下生長(zhǎng)的噴射ZnO納米棒為單晶。根據(jù)顯示在UV區(qū)域中強(qiáng)的近帶邊(NBE)發(fā)射和非常弱的綠色發(fā)射的光致發(fā)光研究，噴射ZnO納米棒具有高晶體質(zhì)量和化學(xué)純度。
包括開(kāi)爾文(Kelvin)探針測(cè)量的電表征顯示，通過(guò)噴射的ZnO納米棒可能為具有低濃度自由載流子的單晶。為了更好的載流子收集，薄的導(dǎo)電金屬氧化物層4例如銦摻雜的氧化鋅(ZnO:In)層沉積在納米棒層3上并且其通常按照所述棒的形狀。所述導(dǎo)電層4也優(yōu)選通過(guò)噴射制備。在背景技術(shù)中，典型地通過(guò)電沉積制備的ZnO棒是重度摻雜的。
將特薄阻擋層5(厚度小于50nm,優(yōu)選小于IOnm,最優(yōu)選小于5nm)沉積在所述導(dǎo)電層上。阻擋層5可包括TiO2并且可使用基于醇鈦的溶膠通過(guò)溶膠-凝膠噴射或旋涂或浸涂而制備。還可以使用其它化學(xué)惰性的氧化物例如Al2O3,ZrO2和Nb205。阻擋層保護(hù)ZnO使其在接下來(lái)的太陽(yáng)能電池制造的沉積步驟期間，即在酸性(pH 3)溶液噴射沉積以制造In2S3緩沖層和ニ硫化銦銅(CIS)吸收劑層期間，免于在酸性介質(zhì)中的化學(xué)溶解。阻擋層還避免太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體的電短路。應(yīng)該對(duì)該阻擋層的厚度優(yōu)化以提供載流子的隧穿(tunneling)。
阻擋層5可包括硫化銦或ニ氧化鈦，并且可通過(guò)噴射沉積。這減少制備時(shí)間并保持連續(xù)噴射過(guò)程，因此提供簡(jiǎn)單且直接的太陽(yáng)能電池制造過(guò)程。根據(jù)SEM研究，通過(guò)噴射可形成薄的、致密的且無(wú)針孔的InS或TiO2膜。
將緩沖層6沉積在阻擋層5上。緩沖層可包括In2S3,并優(yōu)選通過(guò)噴射沉積。將吸收劑層7沉積在緩沖層上。吸收劑層優(yōu)選為CIS(CuInS2)層，優(yōu)選通過(guò)噴射沉積。然而，也可使用其它化學(xué)氣相沉積和基于溶液的技木。而且可使用其它吸收劑材料，例如其它基于銅的黃銅礦如CuInSe2、CuInGaS2、CuInGaSe2和它們的固溶體，或者合適的基于Ag的材料和它們的固溶體；或者無(wú)銦的多元(multinary)化合物CZTS,例如Cu2ZnSnS4、Cu2ZnSnSe4。
太陽(yáng)能電池具有作為后觸點(diǎn)8連接到P型吸收劑層的電極和作為前觸點(diǎn)9連接到透明導(dǎo)電氧化物層的電極。對(duì)于后觸點(diǎn)，可使用通常用于電極的任何合適的方法和材料，例如具有高功函的金屬Co、Au、Ni、Pd、Pt，或者石墨，或空穴導(dǎo)體層PEDOT :PSS、CuSCN, CuI、CuAlO2, NiO,其具有由合適的金屬例如Co、Au、Ni、Pd、Pt形成的觸點(diǎn)。
圖3A和3B顯示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式制造PV電池的方法的流程圖。
圖3A中所示的方法包括通過(guò)噴射將金屬氧化物的納米棒層3沉積在合適的TCO基底例如ITO覆蓋的玻璃上的步驟100。金屬氧化物優(yōu)選為氧化鋅。然后進(jìn)行將特薄阻擋層5沉積在所述納米棒層上的步驟300，覆蓋所述棒的頂部和側(cè)面。所述阻擋層也優(yōu)選通過(guò)噴射沉積并包括InxSy (其中X和y為整數(shù))或Ti02。進(jìn)行將緩沖層6沉積在所述阻擋層 5上的步驟400。所述緩沖層可包括In2S3并也優(yōu)選通過(guò)噴射沉積。然后進(jìn)行將吸收劑層7沉積在緩沖層上的步驟500。吸收劑層優(yōu)選為CIS(CuInS2)層，并優(yōu)選通過(guò)噴射沉積。最終步驟600是將合適的電極連接到透明導(dǎo)電氧化物層2和吸收劑層7。
通過(guò)噴射制備的納米棒層由單晶組成，而根據(jù)沉積參數(shù)，這種晶體可具有非常高的純度。為了改善這種PV電池中的載流子收集，在納米棒層和阻擋層之間可需要額外的導(dǎo)電層。為了制造這種PV電池，如圖3B所示改變所述方法。該方法另外包括在步驟100之后的步驟200。步驟200為將摻雜的金屬氧化物例如銦或鋁摻雜的氧化鋅的薄導(dǎo)電層4通過(guò)噴射沉積在納米棒層3上，覆蓋所述棒的頂部和側(cè)面。然后進(jìn)行將特薄阻擋層5沉積在所述薄導(dǎo)電層上的步驟300。其它的步驟400、500和600如上所述。
實(shí)施例I
通過(guò)氯化鋅(ZnCl2)水溶液的噴射將氧化鋅(ZnO)納米棒沉積在氧化銦錫(ITO)覆蓋的玻璃基底上，該基底置于加熱到約600°C的熱板(由TallinnUniversity ofTechnology開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備)上。噴射溶液中ZnCl2的濃度為約O. lmol/1。通過(guò)噴射技術(shù)的ZnO納米棒(ZnOK)層沉積更詳細(xì)地描述在我們的以W02006108425公開(kāi)的PCT申請(qǐng)PCT/EE2006/000002 中。
太陽(yáng)能電池的接下來(lái)的層以如下次序沉積銦摻雜的氧化鋅(ΖηΟ:Ιη)的薄導(dǎo)電層、特薄阻擋層TiO2、緩沖層In2S3和最后的CuInS2(CIS)吸收劑層。
銦摻雜的氧化鋅(ZnO: In)的導(dǎo)電層由約20ml含有InCl3的約O. 2mol/IZn(CH3COO)2溶液([In]/(Zn] = 3原子％ )在約500°C的熱板溫度下沉積在ZnO納米棒上。
厚度小于或約IOnm的TiO2的特薄阻擋層通過(guò)將基底浸潰在ニ氧化鈦溶膠(こ酰丙酮穩(wěn)定化的四異丙醇鈦，以TTIP acacH=l I在こ醇(可使用其它醇如異丙醇、2_甲氧基こ醇)中制備，其中TTIP =四異丙醇鈦，C12H28O4Ti,和acacH =こ酰丙酮，C5H8O2)中通過(guò)溶膠-凝膠浸涂法制備。在室溫下進(jìn)行浸涂，隨后在約80°C下進(jìn)行干燥，然后在實(shí)驗(yàn)室爐中在約450°C下加熱約30分鐘。
使用In S的摩爾比=I : 3的InCl3濃度為2X 10_3mol/l且pH 3的InCl3和SC(NH2)2的含水噴射溶液，通過(guò)噴射沉積硫化銦(In2S3)緩沖層。
使用含有Cu In S的摩爾比=I I 3的InCl3、CuCl2和SC(NH2)2的溶液和按照在我們的作為US20050271827公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)中詳細(xì)描述的沉積途徑，通過(guò)噴射沉積CuInS2(CIS)吸收劑層。硫化銦層和CIS吸收劑層在300°C的相似溫度下進(jìn)行沉積。
為了比較，與結(jié)構(gòu)化樣品同時(shí)制備平坦PV電池(S卩，具有平坦ZnO層代替ZnOK層)。從圖4和表I中可以看出，實(shí)施例I和2，結(jié)構(gòu)化的PV電池具有明顯較高的電流j和效率。
實(shí)施例2
如實(shí)施例I 一樣沉積長(zhǎng)度約I微米的氧化鋅(ZnO)納米棒。
使用由在こ醇(可使用其它醇)中的濃度O. lmol/1的醇鈦(異丙醇鈦(IV))和穩(wěn)定劑(こ酰丙酮)以I : 2 I : 4的摩爾比組成的溶膠，通過(guò)溶膠-凝膠噴射熱解法將TiO2膜沉積在帶有ZnO棒的基底上。采用2 20次脈沖噴射(I秒噴射+30秒間歇)將溶膠噴射(pulverize)到加熱至450°C的基底上。根據(jù)拉曼光譜，噴射TiO2膜是無(wú)定形的。X射線光電子光譜研究表明，4次噴射脈沖已在平坦的表面上產(chǎn)生厚度小于5nm的連續(xù)且沒(méi)有針孔的TiO2膜。
如實(shí)施例I 一樣沉積硫化銦(In2S3)緩沖層和CuInS2(CIS)吸收劑層。
2 4次噴射脈沖的TiO2膜在ZnO棒上形成化學(xué)阻擋層，同時(shí)導(dǎo)致前觸點(diǎn)和后觸點(diǎn)之間的電短路減少及電荷載流子充分隧穿通過(guò)界面勢(shì)魚(yú)(barrier)。應(yīng)用較厚的TiO2膜導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的S形I-V曲線(參見(jiàn)圖4C)，由于電路中額外的整流(檢波，rectifying)界面伴有電池填充系數(shù)和效率的顯著下降。在lOOmW/cm2的白光照明下，最佳的所有層噴射的 Zn0E/Ti02/In2S3/CIS 電池顯示 2. 6%的轉(zhuǎn)化效率(Voc = 450mV, j = llmA/cm2, FF =54% )，相對(duì)于平坦PV電池的I. 6%。具有由4次噴射脈沖形成的噴射TiO2層的結(jié)構(gòu)化太陽(yáng)能電池的I-V曲線在圖4B中顯示。
實(shí)施例3
氧化鋅(ZnO)納米棒層通過(guò)噴射沉積。將50ml濃度為O. 07mol/l且pH為2. O 2. 2的ZnCl2水溶液以2. 5ml/分鐘的速率噴射到保持在約600 620°C的恒定溫度下的預(yù)熱ITO電極涂布的玻璃基底上。通過(guò)將HCl添加到ZnCl2水溶液中來(lái)調(diào)節(jié)該溶液的酸度。連續(xù)地旋轉(zhuǎn)該基底以獲得均勻的層。使用空氣作為載氣，空氣流速為81/分鐘。
使用pH約2而不是5的酸性噴射溶液支持形成由ZnO納米棒即伸長(zhǎng)的晶體組成的層來(lái)替代ZnO的致密層。酸性溶液的使用通過(guò)溶解較小的成核中心并使棒在較大的中心生長(zhǎng)而不生長(zhǎng)在一起來(lái)減少ZnO成核中心的數(shù)目。使用酸性噴射溶液使該過(guò)程更較少地依賴于TCO層的表面性質(zhì)，由此使得更容易找到適合用于制造PV電池的TCO基底。而且，由酸性溶液生長(zhǎng)的ZnO納米棒比由非酸性溶液生長(zhǎng)的納米棒更導(dǎo)電。
使用25ml含有In S摩爾比=I : 3的InCl3和硫代脲SC(NH2)2的InCl3 濃度為4X 10_4mol/l且溶液pH 5的噴射溶液，通過(guò)噴射將InxSy的薄的致密且密集層沉積在ZnO納米棒層上，溶液噴射速率約Iml/分鐘，基底溫度在約300°C下保持恒定。InxSy由In和S原子組成，并且根據(jù)X射線光電子光譜法，在所述層中不存在氧。InxSy的帶隙為2. OeV,假設(shè)為間接躍遷，并因此與In2S3的帶隙類(lèi)似。根據(jù)拉曼光譜法，ZnO棒上的InxSy層是無(wú)定形的。根據(jù)SEM研究，InxSy的極薄層是致密的且沒(méi)有針孔并均勻覆蓋ZnO棒。[0055]如實(shí)施例I和2 —樣沉積In2S3緩沖層。
如實(shí)施例I和2 —樣沉積CuInS2吸收劑層。
導(dǎo)電碳糊用于制備CuInS2吸收劑的后觸點(diǎn)。制備具有確定面積的碳糊觸點(diǎn)，通過(guò)將所述觸點(diǎn)在空氣中在200°C下加熱60分鐘除去溶剤。在lOOmW/cm2的白光照明下，我們的最佳電池顯示3. 9%的轉(zhuǎn)化效率(Voc = 457mV, j = 14. ImA/cm2, FF = 60. 3% )。在黑暗中和在照明下的太陽(yáng)能電池的I-V曲線在圖4D中顯示。
表I顯示在強(qiáng)度100mW/cm2的鹵素?zé)粽彰飨缕教沟暮徒Y(jié)構(gòu)化的太陽(yáng)能電池的輸出特性，其中電池編號(hào)表示
I-TCO/ZnO: In/Ti02 (通過(guò)浸潰)/In2S3/CIS (平坦的);
2-TC0/Zn0E/Zn0: In/Ti02 (通過(guò)浸潰)/In2S3/CIS (結(jié)構(gòu)化的);
3-TC0/Zn0:In/Ti02(通過(guò)噴射)/In2S3/CIS (平坦的)；
4-TC0/Zn0E/Zn0: In/Ti02 (通過(guò)噴射)/In2S3/CIS (平坦的);
5_TC0/Zn0/InxSy/In2S3/CIS(平坦的)；
6-TC0/Zn0E/Zn0:In/InxSy/In2S3/CIS (結(jié)構(gòu)化的)。
表I
權(quán)利要求
1.光伏電池結(jié)構(gòu)體，包括 覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物層的透明基底； 納米棒氧化鋅層，其沉積在所述透明導(dǎo)電氧化物層上； 包裹所述納米棒氧化鋅層的極薄阻擋層，所述阻擋層包括TiO2或InxSy，其中X、y為整數(shù)，所述極薄阻擋層的厚度小于50nm ； 在所述極薄阻擋層上的緩沖層，所述緩沖層包括選自In2S3、CdS和ZnS的材料；在所述緩沖層上的吸收劑層，所述吸收劑層包括選自CuInS2、CuInSe2, CuInGaS2,CuInGaSe2, Cu2ZnSnS4 和 Cu2ZnSnSe4 的材料；和
一對(duì)電極，第一電極與所述透明導(dǎo)電氧化物層連接且第二電極與所述吸收劑層連接。
2.權(quán)利要求
I的光伏電池結(jié)構(gòu)體，包括沉積在所述納米棒氧化鋅層上的摻雜氧化鋅的薄導(dǎo)電層。
3.權(quán)利要求
2的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中所述薄導(dǎo)電層為銦摻雜的氧化鋅層。
4.權(quán)利要求
I 3的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中所述透明基底為玻璃，透明導(dǎo)電氧化物選自氧化銦錫，氟摻雜的氧化錫，以及銦、氟或鋁摻雜的氧化鋅。
5.權(quán)利要求
4的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中所述光伏電池的所有層是通過(guò)化學(xué)噴射沉積制備的。
6.權(quán)利要求
I 3的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于IOnm的厚度。
7.權(quán)利要求
4的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于IOnm的厚度。
8.權(quán)利要求
5的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于IOnm的厚度。
9.權(quán)利要求
I 3的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于5nm的厚度。
10.權(quán)利要求
4的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于5nm的厚度。
11.權(quán)利要求
5的光伏電池結(jié)構(gòu)體，其中包括TiO2的所述極薄阻擋層具有小于5nm的厚度。
12.制造光伏電池的方法，包括 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將氧化鋅納米棒層沉積在覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物層的透明基底上； 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將摻雜氧化鋅的導(dǎo)電層沉積在所述氧化鋅納米棒層上； 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將極薄阻擋層沉積在所述摻雜氧化鋅的導(dǎo)電層上，用于在接下來(lái)的制造步驟期間化學(xué)保護(hù)所述氧化鋅納米棒層，所述極薄阻擋層包括TiO2或InxSy，其中X、y為整數(shù)； 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將緩沖層沉積在所述極薄阻擋層上，所述緩沖層包括In2S3 ； 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將吸收劑層沉積在所述緩沖層上，所述吸收劑層包括CuInS2 ;知 將電觸點(diǎn)連接到所述透明氧化物層和所述吸收劑層， 其中所有的層通過(guò)化學(xué)噴射沉積進(jìn)行沉積。
13.制造光伏電池的方法，包括 通過(guò)化學(xué)噴射沉積將氧化鋅納米棒層沉積在覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物層的透明基底上； 將極薄阻擋層沉積在所述氧化鋅納米棒層上，用于在接下來(lái)的制造步驟期間化學(xué)保護(hù)所述氧化鋅納米棒層，所述極薄阻擋層包括TiO2或InxSy，其中x、y為整數(shù)； 將緩沖層沉積在所述薄阻擋層上，所述緩沖層包括In2S3 ； 將吸收劑層沉積在所述緩沖層上，所述吸收劑層包括CuInS2 ;和 將電觸點(diǎn)連接到所述透明氧化物層和所述吸收劑層。
14.制造光伏電池的方法，包括 提供覆蓋有透明導(dǎo)電氧化物層的透明基底； 通過(guò)由包含Zn前體和溶劑的溶液向所述透明導(dǎo)電氧化物層上的化學(xué)噴射沉積將氧化鋅納米棒層沉積在所述透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述前體選自ZnCl2和Zn(CH3COO)2，和所述溶劑包括H2O ； 通過(guò)將酸加入所述溶液將所述溶液的PH水平調(diào)節(jié)在I. 5至2. 5之間； 將極薄阻擋層沉積在所述氧化鋅納米棒層上，所述極薄阻擋層包括TiO2或InxSy，其中x、y為整數(shù)； 將緩沖層沉積在所述極薄阻擋層上，所述緩沖層包括選自In2S3XdS和ZnS的材料；和將吸收劑層沉積在所述緩沖層上，所述吸收劑層包括選自CuInS2、CuInSe2, CuInGaS2,CuInGaSe2^ Cu2ZnSnS4 和 Cu2ZnSnSe4 的材料。
專利摘要
新型光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)體，其在具有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層的透明基底上制備并具有納米棒氧化鋅層。所述電池具有沉積在所述納米棒氧化鋅層上的摻雜氧化鋅的薄導(dǎo)電層、在所述薄導(dǎo)電層上的氧化鈦或硫化銦的極薄阻擋層、在所述極薄阻擋層上的硫化銦的緩沖層、在所述緩沖層上的包括二硫化銦銅的吸收劑層、以及與所述透明導(dǎo)電氧化物層連接的一個(gè)電極和與所述吸收劑層連接的第二電極。而且，公開(kāi)了完全通過(guò)化學(xué)噴射熱解來(lái)制備氧化鋅納米棒PV電池的方法。通過(guò)簡(jiǎn)單的連續(xù)非真空過(guò)程實(shí)現(xiàn)最高至3.9％的效率。
文檔編號(hào)H01L31/0336GKCN101861654 B發(fā)布類(lèi)型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200880103937
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2008年7月9日
發(fā)明者伊洛納·奧杰阿西克, 塔特杰納·德多瓦, 阿塔納斯·凱特斯基, 阿爾沃·米爾, 馬爾·克倫克斯 申請(qǐng)人:塔林科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2), 非專利引用 (4),