一种石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯/铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳电池及其制造方法，该石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池自下而上依次有透明衬底、石墨烯层、铜锌锡硫层和背面电极，其中太阳光从透明衬底一侧入射。本发明专利技术的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池直接在石墨烯上生长铜锌锡硫材料，由于石墨烯表面呈原子级平整，与铜锌锡硫可形成界面质量优异的异质结，因此可省去正面电极层与缓冲层而将电池结构减少至四层；且石墨烯导电性强透光性好，取代正面栅电极可减少电池透光面积损失；此外，本发明专利技术的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池原材料成本低廉且无毒无害，电池结构及工艺简单，适于商业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳电池及其制造方法，尤其是石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池及其制造方法，属于太阳能

技术介绍
从原始社会的茹毛饮血到农业社会的刀耕火种，从工业社会的大生产到信息社会的高效率，人类社会的每一次跃进都伴随着能源结构的优化和人均占有能源的提高。而现在，随着社会的发展，能源危机和环境污染问题变得日益严峻。人类亟需发展出清洁可再生能源来优化现有以石油和煤为主体的能源结构，其中太阳能以其取之不尽，用之不竭，分布广泛的特点从众多新能源中脱颖而出。目前市场上的太阳能电池还以硅电池为主，但未来的发展将会是柔性薄膜太阳能电池。在众多柔性太阳能电池中，铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池用料少，工艺简单，材料价格廉且无毒无害，适于大规模商业化。目前CZTS太阳能电池的转换效率已经达到11.1％，前景十分广阔。与此同时，石墨烯具有优异的电学、光学性质，如极高的载流子迁移率、高透光新、高的杨氏模量等。这些独特的性质使石墨在光伏发电领域应用广阔。目前，石墨烯基太阳能电池效率最高已经达到18.5％,在此基础上，本专利技术提出了石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池结构，电池整体结构简单，成本低廉，环境友好，适于大规模推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光电转化效率高，工艺简单的石墨烯/铜锌锡硫太阳电池及其制造方法。本专利技术的石墨烯/铜锌锡硫太阳电池，自下而上依次有透明衬底、石墨烯层、光电转换层和背面电极层，所述的光电转换层为铜锌锡硫薄膜层。太阳光从透明衬底一侧入射。上述技术方案中，所述的透明衬底采用玻璃或透明柔性聚合物。所述的石墨烯为p型或n型，厚度为1至10层。制备上述的石墨烯/铜锌硫硒薄膜太阳电池的制造方法，包括如下步骤：在透明衬底上转移石墨烯；直接在石墨烯上生长铜锌锡硫薄膜作为光电转换层；在铜锌锡硫层上制作背面电极。在透明衬底上转移石墨烯具体为：采用化学气相沉积法或氧化石墨烯还原法制备石墨烯薄膜并用干法或湿法转移至透明衬底上。直接在石墨烯上生长铜锌锡硫薄膜作为光电转换层，具体方法为：连续离子反应吸附法、原子层沉积技术、磁控溅射法、共蒸发法、混合溅射法或是电子束蒸发硫化法。所述背面电极是金、钯、银、钛、铬、镍的一种或者几种的复合电极。本专利技术与
技术介绍
相比具有的有益效果是：与传统的铜锌锡硫太阳电池相比，本专利技术的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池直接在石墨烯上生长铜锌锡硫材料，由于石墨烯表面呈原子级平整，与铜锌锡硫可形成界面质量优异的异质结，因此可省去正面电极层与缓冲层而将电池结构减少至四层，从而极大地精简了生产工艺，降低成本；且石墨烯导电性强透光性好，取代正面栅电极可减少电池透光面积损失；本专利技术的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池原材料成本低廉且无毒无害，电池结构及工艺简单，适于商业化大规模生产。附图说明图1为石墨烯/铜锌锡硫太阳电池的示意图。具体实施方式以下结合附图进一步说明本专利技术，但本专利技术的实施方式不限于此。参照图1，本专利技术的石墨烯/铜锌锡硫太阳电池自下而上依次有透明衬底1、石墨烯层2、铜锌锡硫层3、背面电极4。实施例1：1)将石英衬底依次用丙酮，异丙醇和去离子水清洗干净；2)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑的三层石墨烯转移到石英衬底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA层；3)采用连续离子反应吸附法生长铜锌锡硫：取四个烧杯，分别配制0.1mol/LCuCl2,0.05mol/LZnSO4,0.05mol/LSnCl4和0.2mol/LC2H5NS溶液。将步骤2所得的转移有石墨烯的石英衬底浸入CuCl2溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO4溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl4溶液，等待10秒后取出，最后浸入C2H5NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一个生长循环，重复生长循环50次4)用电子束蒸发法在CZTS膜上生长Ni(5nm)/Au(50nm)作为背面电极。实施例2：1)将石英衬底依次用丙酮，异丙醇和去离子水清洗干净；2)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑的单层石墨烯转移到石英衬底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA层；3)采用连续离子反应吸附法生长铜锌锡硫：取四个烧杯，分别配制0.1mol/LCuCl2,0.05mol/LZnSO4,0.05mol/LSnCl4和0.2mol/LC2H5NS溶液。将步骤2所得的转移有石墨烯的石英衬底浸入CuCl2溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO4溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl4溶液，等待10秒后取出，最后浸入C2H5NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一个生长循环，重复生长循环80次.4)用电子束蒸发法在CZTS膜上生长Cr(5nm)/Au(50nm)作为背面电极。实施例3：1)将石英衬底依次用丙酮，异丙醇和去离子水清洗干净；2)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑的双层石墨烯转移到石英衬底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA层；3)采用连续离子反应吸附法生长铜锌锡硫：取四个烧杯，分别配制0.1mol/LCuCl2,0.05mol/LZnSO4,0.05mol/LSnCl4和0.2mol/LC2H5NS溶液。将步骤2所得的转移有石墨烯的石英衬底浸入CuCl2溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO4溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl4溶液，等待10秒后取出，最后浸入C2H5NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一个生长循环，重复生长循环80次4)用电子束蒸发法在CZTS膜上生长Ti(5nm)/Au(50nm)作为背面电极。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述并不能理解为对本专利技术专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下所做出的若干变形和改进，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术专利的保护范围应该以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池，其特征在于，自下而上依次有太阳光入射侧的透明衬底、石墨烯层、光电转换层和背面电极层，所述的光电转换层为铜锌锡硫薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池，其特征在于，自下而上依次有太阳光入射侧的透明衬底、石墨烯层、光电转换层和背面电极层，所述的光电转换层为铜锌锡硫薄膜层。2.如权利要求1所述的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述的透明衬底采用玻璃或透明柔性聚合物。3.如权利要求1所述的石墨烯/铜锌锡硫薄膜太阳电池，其特征在于，所述的石墨烯为p型或n型，厚度为1至10层。4.一种如权利要求1所述的石墨烯/铜锌硫硒薄膜太阳电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：在透明衬底上转移石墨烯；直接在石墨烯上生长铜锌锡硫薄膜作为光电转换层；在铜锌锡硫层上制作背面...

【专利技术属性】
技术研发人员：林时胜，吴志乾，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33