【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳电池，特别是涉及一种铜铟硫薄膜太阳电池及其制备方法。
技术介绍
1、太阳电池在实际使用时需要满足高效率和高稳定性两个基本要求。无机半导体材料具有载流子迁移率高和结构稳定性好的优点。目前常见的太阳电池主要晶硅太阳电池，其具有能量转换效率较高的优点。但是晶硅太阳电池的制备过程需要用到高纯度的单晶硅，原材料的成本较高。并且晶硅太阳电池的制备过程还需要在高真空和高结晶温度下进行，制备工艺较为复杂。因此有必要探寻更加具有潜力的太阳电池体系。
2、铜铟硫（cuins2）是一种直接带隙半导体材料，其带隙仅为1.50ev，吸光系数能够达到104cm-1以上，并且还具有优秀的热稳定性，是一种潜力较大的太阳电池光吸收材料。传统的基于铜铟硫材料的太阳电池实际能够取得的转换效率往往仅能够达到6%左右，存在转换效率显著较低的问题。
技术实现思路
1、基于此，针对上述
技术介绍
中的技术问题，有必要提供一种基于铜铟硫的铜铟硫薄膜太阳电池，该铜铟硫薄膜太阳电池具有显著较高的光电转换效率。
2、根据本公开的一些实施例，提供了一种铜铟硫薄膜太阳电池，其包括第一电极、二氧化钛纳米棒、叠层结构以及第二电极，所述二氧化钛纳米棒和所述叠层结构设置于所述第一电极和所述第二电极之间；
3、所述铜铟硫薄膜太阳电池包括多个间隔设置的二氧化钛纳米棒，所述二氧化钛纳米棒设置于所述第一电极上且其轴向沿着远离所述第一电极的方向延伸；所述叠层结构包括叠置的硫化镉层和铜铟硫层，所述硫化镉层覆盖
4、在本公开的一些实施例中，所述二氧化钛纳米棒的数密度为80个/μm2~120个/μm2。
5、在本公开的一些实施例中，所述铜铟硫薄膜太阳电池还包括二氧化钛基膜，所述二氧化钛基膜层叠设置于所述第一电极上，所述二氧化钛纳米棒设置于所述二氧化钛基膜远离所述第一电极的一侧。
6、在本公开的一些实施例中，所述二氧化钛纳米棒的高度为500nm~1200nm。
7、在本公开的一些实施例中，所述二氧化钛纳米棒的直径为20nm~100nm。
8、在本公开的一些实施例中，所述硫化镉层的厚度为10nm~30nm。
9、在本公开的一些实施例中，还包括空穴传输层，所述空穴传输层层叠设置于所述叠层结构与所述第二电极之间。
10、又一方面，本公开还提供了一种如上述任一实施例所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其包括如下步骤：
11、提供包括第一电极的衬底；
12、在所述第一电极上制备二氧化钛基膜；
13、基于所述二氧化钛基膜生长所述二氧化钛纳米棒；
14、在所述二氧化钛纳米棒上依次沉积所述硫化镉层和所述铜铟硫层，形成所述叠层结构；以及，
15、在所述叠层结构远离所述第一电极的一侧制备所述第二电极。
16、在本公开的一些实施例中，生长所述二氧化钛纳米棒的方式为水热反应，生长所述二氧化钛纳米棒的步骤包括：
17、将制备有所述二氧化钛基膜的所述衬底设置于水热容器中，并向所述水热容器中加入水热反应物，进行水热反应，所述水热反应物包括水、盐酸和钛酸异丙酯；控制水热反应过程中的反应温度为150℃~200℃，反应时间为1h~5h。
18、在本公开的一些实施例中，沉积所述硫化镉层的步骤包括：
19、将所述二氧化钛纳米棒浸入含有镉离子和碱液的第一前驱体溶液中，加入硫脲后进行第一加热反应以形成所述硫化镉层，控制第一加热反应过程中的反应温度为40℃~60℃，反应时间为5min~15min。
20、在本公开的一些实施例中，沉积所述铜铟硫层的步骤包括：
21、在所述硫化镉层上旋涂第二前驱体溶液，并在保护性气体的气氛中进行第二加热反应，以在所述硫化镉层表面沉积铜铟硫材料，所述第二加热反应的过程包括：先于120℃~180℃的温度条件下加热4min~6min，再于200℃~300℃的温度条件下加热5min~15min；
22、其中，所述第二前驱体溶液包括铟离子、铜离子和硫脲，所述铟离子、铜离子和硫脲的物质的量之比为1:（1.1~1.9）:（6~10）。
23、在本公开的一些实施例中，沉积所述铜铟硫层的步骤还包括：在沉积铜铟硫材料之后，将所述衬底与硫脲设置于加热腔室中，控制所述加热腔室中的温度为120℃~200℃，以对沉积的所述铜铟硫材料进行硫化处理。
24、传统的铜铟硫薄膜太阳电池为平板型电池，例如一种铜铟硫薄膜电池中设置了层叠的二氧化钛层、硫化镉层和铜铟硫层。该平板型铜铟硫薄膜电池具有结构及制备工艺较为简单的优点，但是存在载流子有效扩散长度较短的缺点，这严重制约了薄膜太阳电池的光电转换效率。
25、本公开至少一个实施例中的铜铟硫薄膜太阳电池包括第一电极、多个二氧化钛纳米棒、叠层结构以及第二电极。二氧化钛纳米棒沿着远离第一电极的方向延伸，叠层结构中的硫化镉层和铜铟硫层叠置于该二氧化钛纳米棒上。其中，二氧化钛及硫化镉组成的复合结构能够用于传输电子，铜铟硫层作为主要光吸收材料。二氧化钛纳米棒、硫化镉层和铜铟硫层组成异质结。该铜铟硫薄膜太阳电池在厚度方向的空间中设置了更多的二氧化钛纳米棒以及硫化镉层，相应地铜铟硫层嵌入二氧化钛纳米棒之间的空间中。该结构设计能够有效克服传统技术中存在的载流子有效扩散长度较短的问题，使得器件具有更高的光子吸收能力和电荷收集效率，从而显著提高该铜铟硫薄膜太阳电池的转换效率。经过实验验证，该铜铟硫薄膜太阳电池的转换效率能够达到10%以上，其显著高于目前已知的基于铜铟硫的薄膜太阳电池的转换效率。
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1.一种铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，包括第一电极、二氧化钛纳米棒、叠层结构以及第二电极，所述二氧化钛纳米棒和所述叠层结构设置于所述第一电极和所述第二电极之间；
2.根据权利要求1所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒的数密度为80个/μm2~120个/μm2。
3.根据权利要求2所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述铜铟硫薄膜太阳电池还包括二氧化钛基膜，所述二氧化钛基膜层叠设置于所述第一电极上，所述二氧化钛纳米棒设置于所述二氧化钛基膜远离所述第一电极的一侧。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒的高度为500nm~1200nm；和/或，
5.根据权利要求1~3任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，还包括空穴传输层，所述空穴传输层层叠设置于所述叠层结构与所述第二电极之间。
6.一种如权利要求1~5任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其特征在
8.根据权利要求6~7任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，沉积所述硫化镉层的步骤包括：
9.根据权利要求6~7任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，沉积所述铜铟硫层的步骤包括：
10.根据权利要求9所述的铜铟硫薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，沉积所述铜铟硫层的步骤还包括：在沉积铜铟硫材料之后，将所述衬底与硫脲设置于加热腔室中，控制所述加热腔室中的温度为120℃~200℃，以对沉积的所述铜铟硫材料进行硫化处理。
...【技术特征摘要】
1.一种铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，包括第一电极、二氧化钛纳米棒、叠层结构以及第二电极，所述二氧化钛纳米棒和所述叠层结构设置于所述第一电极和所述第二电极之间；
2.根据权利要求1所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒的数密度为80个/μm2~120个/μm2。
3.根据权利要求2所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述铜铟硫薄膜太阳电池还包括二氧化钛基膜，所述二氧化钛基膜层叠设置于所述第一电极上，所述二氧化钛纳米棒设置于所述二氧化钛基膜远离所述第一电极的一侧。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒的高度为500nm~1200nm；和/或，
5.根据权利要求1~3任意一项所述的铜铟硫薄膜太阳电池，其特征在于，还包括空穴传输层，所述空穴传输层层叠设置于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王命泰，曹文博，董超，陈冲，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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