氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池制造技术

技术编号:20367465 阅读:32 留言:0更新日期:2019-02-16 18:38
本发明专利技术公开了一种氧化钼‑氧化锌紫外光太阳能电池,具有如下的结构:Ag/ITO/MoO3/ZnO/Al‑ZnO/ITO导电玻璃,其中Al‑ZnO中Al的掺杂质量分数为1.5~2.5%。本发明专利技术利用非有意掺杂的氧化锌纳米薄膜作为紫外光电池的窗口层,然后以氧化钼作为空穴传输层,以铝掺杂的氧化锌(Al‑ZnO)作为电子传输层,利用磁控溅射生长氧化锌纳米薄膜,在工作气体中加入氢气,氢等离子体会增强氧化锌薄膜的晶化和晶界的钝化,从而提高薄膜的载流子迁移率,增强了纳米晶粒的量子尺寸效应。

【技术实现步骤摘要】
氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池
本专利技术涉及一种氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池,属于太阳能电池

技术介绍
紫外线过多会直接照射人体,会引起晒伤、免疫力下降、皮肤癌等严重问题。把太阳能电池安装在建筑的围护结构外表面,尤其是玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃窗户等表面,除了阻挡紫外线的辐射,还可以提供电力,是未来节能建筑发展的方向。目前的太阳能电池,如晶体硅、非晶硅、铜铟镓硒、硫化镉、钙钛矿、砷化镓等太阳能电池,主要是吸收太阳光谱中的可见光和近红外光,然后把光能转换成电能,所以这些电池对可见光都是不透明的。当这些传统的电池应用到玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃窗户时,尽管可以节能,但同时也会造成这些建筑的内部采光度不足,降低了建筑的居住舒适度。采用禁带宽度较大的材料,如氧化钼(MoO3)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)等,制作而成的紫外光太阳能电池,只吸收紫外光,对可见光是透明的。当它们用于玻璃幕墙、屋顶或门窗时,在发电的同时,完全不会影响到室内的采光,而且还阻挡紫外线的辐射。因此,随着人们对建筑居住、环保及节能属性的要求越来越高,紫外光太阳能电池在光伏建筑一体化方面有着广阔的应用前景。在光跃迁过程中,激发到材料导带中的电子和价带中的空穴,由于库仑相互作用,将形成电子空穴对,称为激子。当入射光子能量(hν)大于材料的禁带宽度(Eg),在通常情况下,从价带激发到导带中的电子会把多余的能量(hν-Eg)通过碰撞传递给声子,以热能的形式损失掉,然后弛豫到导带底。如果能够使处于高能态的电子在还没有弛豫到导带底之前,就能够被太阳能电池的两极收集到,电池的开路电压就会变大,从而效率得到提高。如果激子束缚能大,有效存活时间长,声子碰撞的热化损失就较小,激子的扩散距离越远,可以吸收的太阳光越多,电池的效率就会越高。氧化锌的禁带宽度为3.37eV,对可见光是透明的,可以吸收大部分紫外光,是制备传统的紫外光电器件的吸收层(窗口层)。非有意掺杂的氧化锌,由于材料的原生缺陷—氧空位在禁带中引入施主能级,因此通常表现为弱n型半导体,本征载流子浓度很低。氧化钼由于具有高功函数(6.7eV),目前通常作为有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池的空穴传输层,阻挡电子以降低电荷复合。氧化钼和氧化锌的激子束缚能分别是150和60meV,远大于室温下热能(26meV),而且氧化钼/氧化锌界面的电荷分离速度足够大,氧化钼/氧化锌紫外光太阳能电池的开路电压就会可能会高于它们的内建势,电池的效率可以得到大幅的提升。
技术实现思路
为了提高紫外光太阳能电池的效率,利用氧化锌薄膜中纳米晶粒的尺寸效应,使得处于高能态的光生载流子在氧化钼/氧化锌界面实现快速分离,减少由于声子碰撞引起的热损失,从而提高紫外光电池的开路电压。为此,本专利技术采用的技术方案是这样的:氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池,其特征在于具有如下的结构:Ag/ITO/MoO3/ZnO/Al-ZnO/ITO导电玻璃,其中Al-ZnO中Al的掺杂质量分数为1.5~2.5%。本专利技术的制备方法,详见实施例。在本专利技术中,利用非有意掺杂的氧化锌纳米薄膜作为紫外光电池的窗口层,然后以氧化钼作为空穴传输层,以铝掺杂的氧化锌(Al-ZnO)作为电子传输层,利用磁控溅射生长氧化锌纳米薄膜,在工作气体中加入氢气,氢等离子体会增强氧化锌薄膜的晶化和晶界的钝化,从而提高薄膜的载流子迁移率,增强了纳米晶粒的量子尺寸效应。附图说明以下结合附图和本专利技术的实施方式来作进一步详细说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式实施例:1)电池的制备氧化钼/氧化锌紫外光太阳能电池的的结构:Ag层1(500nm)、ITO层2(50nm)、MoO3层3(20nm)、ZnO层4(300nm)、Al-ZnO层5(50nm)和ITO层6,其中Ag、ITO、MoO3、ZnO、Al-ZnO薄膜依次在多靶磁控溅射沉积系统中生长。衬底为ITO导电玻璃,方块电阻8~12Ω,尺寸40×40mm2。靶材分别是金属银(Ag)、ITO(SnO2:In2O3=10:90wt%)、MoO3、ZnO、Al-ZnO(Al掺杂质量分数1.5~2.5%),靶材纯度为99.999%。溅射腔的本底真空为5×10-4Pa,靶材与衬底之间的距离为6.0~8.0cm,衬底温度为室温,工作气体为氩气,工作气压为0.1~0.8Pa。射频电源的频率为13.56MHz,溅射薄膜厚度由膜厚测量仪监控。(1)衬底和靶材的清洗:首先用洗涤剂、丙酮、无水乙醇依次对ITO导电玻璃衬底进行超声清洗,每次清洗后用去离子水冲洗多遍,最后用氮气吹干后再放入溅射腔。靶材在放入溅射腔之前,依次用丙酮、乙醇进行清洗,再用去离子水进行冲洗,再用氮气吹干。每次薄膜生长之前,先对靶材进行预溅射10分钟,去除靶材表面的污染。(2)Al-ZnO和ZnO的生长:氩气与氢气混合气体作为溅射工作气体,其中氢气的质量分数为3%。溅射功率为0.5~0.8W/cm2,Al-ZnO和ZnO薄膜厚度分别50和300nm。(3)MoO3和ITO的生长:Al-ZnO和ZnO薄膜生长完毕之后,关闭氢气和氩气。当溅射腔真空度优于5×10-4Pa之后,重新打开氩气,依次溅射MoO3和ITO薄膜,溅射功率为0.3~0.5W/cm2,MoO3和ITO薄膜厚度分别20和50nm。(4)Ag电极的生长:溅射功率为2.0~3.0W/cm2,薄膜厚度为500nm。(5)退火处理:所有薄膜生长完毕之后,在未破真空的情况下,样品在250~3000C温度下原位退火5~10分钟。2)性能测试利用激光烧蚀,把电池分割成面积为3×3mm2的子电池。在波长为365nm,光强为10mW/cm2的紫外光源辐照下,子电池的开路电压为0.62V,短路电流密度为0.85mA/cm2,填充因子为22%,光电转换效率为1.2%。目前制备的Ag/ITO/MoO3/ZnO/Al-ZnO/ITO导电玻璃新型紫外光太阳能电池的效率很低,是因为电池的各部分参数还有优化,比如玻璃表面的陷光设计、ZnO窗口层光电性能、MoO3/ZnO界面等需要进一步优化设计。尽管如此,本专利技术提出的紫外光太阳能电池应用到玻璃的幕墙、屋顶和窗户等,为未来建筑的居住舒适度、环保及节能等功能提供可借鉴的指导意义。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.氧化钼‑氧化锌紫外光太阳能电池,其特征在于:具有如下的结构:Ag/ITO/MoO3/ZnO/Al‑ZnO/ITO导电玻璃,其中Al‑ZnO中Al的掺杂质量分数为1.5~2.5%。

【技术特征摘要】
1.氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池,其特征在于:具有如下的结构:Ag/ITO/MoO3/Z...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄仕华陆肖励
申请(专利权)人:浙江师范大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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