一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提出一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，解决了如何拓宽太阳能响应波段，提高太阳能电池效率的问题，从制造光吸收层的太阳能电池薄膜出发，考虑基础的第一材料薄膜层及第二材料薄膜层，确定能够使太阳能电池的材料薄膜层光吸收谱产生红移或蓝移的应力方向，对第一材料薄膜层及第二材料薄膜层施加应力后进行堆叠，得到初始目标太阳能电池薄膜，以实现红移现象和蓝移现象重叠，提高光吸收谱与太阳光谱的重叠范围，沿第一应力方向或第二应力方向对初始目标太阳能电池薄膜施加应力，以弯曲所述初始目标太阳能电池薄膜，制成太阳能效率最优化的功能梯度材料，以提高所述太阳能电池的光吸收能力，从而提高太阳能电池的工作效率。阳能电池的工作效率。阳能电池的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池的
，更具体地，涉及一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着化石能源的消耗，人类环境问题日益加剧，太阳能作为一种清洁能源，在未来的发展中拥有广阔的空间，作为能将光能转换成电能的器件，太阳能电池自然成为其中最受关注的焦点。随着太阳能电池的应用越来越广泛，人们对太阳能电池的光电转化效率要求越来越高，如何拓宽太阳能响应波段是目前提高太阳能电池效率最重要的研究之一。
[0003]在一般情况下，太阳能电池的光电转化效率由其表面的光吸收层(可由太阳能电池薄膜制造)的材料决定。在实验方面，人们对太阳能电池的光吸收层材料进行了大量研究，如2012年1月4日，中国专利技术专利(公布号：CN102306666A)中公开了一种具有梯度能带的铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法，该专利中提出使用CIGS四元靶材制备光吸收层，并采用间歇式溅射的方式在光吸收层中形成梯度能带，采用磁控溅射法制备ZnS过渡层取代传统的水浴沉积法制备CdS过渡层；实现了一步法制备CIGS光吸收层，通过使用CuGa靶或Ga靶的共溅射实现了光吸收层总能带的梯度分布，提高吸收层对入射光的吸收效率，从而提高了太阳能电池的光电转换效率，而且避免了有害元素的使用，规避了当前日益严格的环保要求，这种利用不同的材料制备太阳能电池的光吸收层或改变材料中分子结构来提升太阳能电池的效率的方法是有效的，但是对于工艺要求也严苛，一般情况下也不能满足工艺制备要求。

技术实现思路

[0004]为解决如何拓宽太阳能响应波段，提高太阳能电池效率的问题，本专利技术提出一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，制备的太阳能电池薄膜可拓宽太阳能电池的光响应波段及提高太阳能电池的光吸收效率，对进一步制造柔性太阳能电池的光吸收层具指导意义。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，所述方法制备的太阳能电池薄膜用于拓宽太阳能电池的光响应波段及提高太阳能电池的光吸收效率，包括第一材料薄膜层及第二材料薄膜层，所述制备方法至少包括:
[0007]S1.测定第一材料薄膜层的光吸收谱，确定使第一材料薄膜层的光吸收谱出现红移的第一应力方向，沿第一应力方向对第一材料薄膜层施加第一应力；
[0008]S2.测定第二材料薄膜层的光吸收谱，确定使第二材料薄膜层的光吸收谱出现蓝移的第二应力方向，沿第二应力方向对第二材料薄膜层施加第二应力；
[0009]S3.判断第一应力方向与第二应力方向是否平行，若是，执行步骤S4；否则，调整第
一材料薄膜层的指向或第二材料薄膜层材料的指向，使第一应力方向与第二应力方向平行，执行步骤S4；
[0010]S4.沿第一应力方向或第二应力方向，将第一材料薄膜层与第二材料薄膜层进行堆叠，得到初始目标太阳能电池薄膜；
[0011]S5.沿第一应力方向或第二应力方向对初始目标太阳能电池薄膜施加应力，使初始目标太阳能电池薄膜弯曲，得到最终的太阳能电池薄膜。
[0012]在本技术方案中，考虑太阳能电池的光吸收能力与太阳能电池的光吸收层相关，从制造光吸收层的太阳能电池薄膜出发，考虑基础的第一材料薄膜层及第二材料薄膜层，确定能够使太阳能电池的材料薄膜层光吸收谱产生红移或蓝移的应力方向，对第一材料薄膜层及第二材料薄膜层施加应力后进行堆叠，得到初始目标太阳能电池薄膜，沿第一应力方向或第二应力方向对初始目标太阳能电池薄膜施加应力，以弯曲所述初始目标太阳能电池薄膜，制成太阳能效率最优化的功能梯度材料，以提高所述太阳能电池的光吸收能力，从而提高太阳能电池的工作效率。
[0013]优选地，步骤S1所述的第一应力方向的确定过程为：
[0014]S11.基于第一材料薄膜层的重心或中心或质心建立坐标系，所述坐标系包括X方向、Y方向、Z方向中的至少一个；
[0015]S12.基于第一性原理计算确定使光吸收谱发生红移的第一材料薄膜层在坐标系X方向、Y方向、Z方向中的至少一个方向，作为第一应力方向。
[0016]优选地，步骤S2所述的第二应力方向的确定过程为：
[0017]S21.基于第二材料薄膜层的重心或中心或质心建立坐标系，所述坐标系包括X方向、Y方向、Z方向中的至少一个；
[0018]S22.基于第一性原理计算确定使光吸收谱发生蓝移的第二材料薄膜层在坐标系X方向、Y方向、Z方向中的至少一个方向，作为第二应力方向。
[0019]在此，当材料薄膜层(第一材料薄膜层或第二材料薄膜层)中的有机化合物的方向结构发生变化，使其吸收带的最大吸收峰波长向短波移动，此现象称为蓝移；当有机化合物的结构发生变化，使其吸收带的最大吸收峰波长向长波方向移动，此现象称为红移，对第一材料薄膜层和/或第二材料薄膜层施加第一应力和/或第二应力后，第一材料薄膜层和/或第二材料薄膜层中的分子结构会发生变化，从而使第一材料薄膜层和/或第二材料薄膜层的光吸收峰出现红移和/或蓝移。
[0020]优选地，步骤S3所述调整第一材料薄膜层的指向或第二材料薄膜层材料的指向的方式为：
[0021]设置预设方向M为X方向、Y方向、Z方向中的一个，将第一材料薄膜层或第二薄膜材料绕预设方向M旋转，使第一应力方向与第二应力方向平行。
[0022]在此，在堆叠第一材料薄膜层和第二材料薄膜层时，第一应力方向和第二应力方向平行，能够有效拓宽薄膜材料的太阳能光谱响应波段，以提高通过薄膜材料制成的太阳能电池的工作效率。
[0023]优选地，初始目标太阳能电池薄膜弯曲时，目标太阳能电池薄膜的上表面形变最大，太阳能电池薄膜的中间层形变逐渐减小，下表面的形变最小。
[0024]优选地，所述第一材料薄膜层与第二材料薄膜层堆叠设置，堆叠的第一材料薄膜
层与第二材料薄膜层分别为已施加第一应力的第一材料薄膜层及已施加第二应力的第二材料薄膜层，第一应力方向与第二应力方向平行。
[0025]优选地，所述第一材料薄膜层及第二材料薄膜层均有若干个，若干个第一材料薄膜层中的一个第一材料薄膜层与若干个第二材料薄膜层中的一个第二材料薄膜层依次交替堆叠设置，即太阳能电池薄膜的第一层薄膜材料为第一材料薄膜层，太阳能电池薄膜的第二层薄膜材料为第二材料薄膜层，太阳能电池薄膜的第三层薄膜材料为第三材料薄膜层，以此类推。
[0026]优选地，所述第一材料薄膜层及第二材料薄膜层均由砷元素、硅元素、磷元素中的至少一种元素制成。
[0027]优选地，所述第一材料薄膜层与第二材料薄膜层的构成元素相同。
[0028]优选地，所述第一材料薄膜层与第二材料薄膜层的构成元素不同。
[0029]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0030]本专利技术提出一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，从制造光吸收层的太阳能电池薄膜出发，考虑基础的第一材料薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法制备的太阳能电池薄膜用于拓宽太阳能电池的光响应波段及提高太阳能电池的光吸收效率，包括第一材料薄膜层及第二材料薄膜层，所述制备方法至少包括:S1.测定第一材料薄膜层的光吸收谱，确定使第一材料薄膜层的光吸收谱出现红移的第一应力方向，沿第一应力方向对第一材料薄膜层施加第一应力；S2.测定第二材料薄膜层的光吸收谱，确定使第二材料薄膜层的光吸收谱出现蓝移的第二应力方向，沿第二应力方向对第二材料薄膜层施加第二应力；S3.判断第一应力方向与第二应力方向是否平行，若是，执行步骤S4；否则，调整第一材料薄膜层的指向或第二材料薄膜层材料的指向，使第一应力方向与第二应力方向平行，执行步骤S4；S4.沿第一应力方向或第二应力方向，将第一材料薄膜层与第二材料薄膜层进行堆叠，得到初始目标太阳能电池薄膜；S5.沿第一应力方向或第二应力方向对初始目标太阳能电池薄膜施加应力，使初始目标太阳能电池薄膜弯曲，得到最终的太阳能电池薄膜。2.根据权利要求1所述的拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的第一应力方向的确定过程为：S11.基于第一材料薄膜层的重心或中心或质心建立坐标系，所述坐标系包括X方向、Y方向、Z方向中的至少一个；S12.基于第一性原理计算确定使光吸收谱发生红移的第一材料薄膜层在坐标系X方向、Y方向、Z方向中的至少一个方向，作为第一应力方向。3.根据权利要求2所述的拓宽光响应波段的太阳能电池薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的第二应力方向的确定过程为：S21.基于第二材料薄膜层的重心或中心或质心建立坐标系，所述坐标系包括X方向、Y方向、Z方向中的至少一个；S22.基于第一性原理计算确定使光吸收谱发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润青，高一帆，董华锋，吴福根，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：