一種氧化亞銅異質結太陽能電池的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氧化亞銅異質結太陽能電池領域，特別涉及到一種氧化亞銅異質結太 陽能電池的制備方法。
【背景技術】
[0002] Cu2O是天然呈弱P型，無毒環保，銅原料價格低廉等優點，吸引了大量研究人員的 注意。Cu 2O薄膜制備方法主要有磁控濺射法、金屬有機化合物氣相沉積法、噴霧熱解法、熱 氧化法、電化學沉積法等。
[0003] 有機無機雜化鈣鈦礦材料由于其具有載流子迀移率高擴散長度長、光學禁帶寬度 可調、雙極性傳輸等特性被科學家引入到有機太陽能電池中，有效地提高了該類太陽能電 池的效率。目前鈣鈦礦材料可以采用多種方法進行制備，比較常用的有一步溶液法、兩部溶 液法、蒸鍍法以及溶液-氣相沉積法等。
[0004] Herion等人通過濺射法制得Zn0/Cu20異質結太陽能電池，在器件結的界面處發現 富銅區，過量的Zn和Cu 2O發生了化學反應是其可能原因。Yakup Hamp等人通過化學沉積 法將Cd0/Cu20結合形成異質結太陽能電池，在結的界面未發現富銅區，得到的電池開路電 壓在1~8mV，短路電流1~4 y A，但兩種材料晶格匹配度不佳，使得兩者結合效果并不好。 Mittiga A等人制備的MgF2/IT0/Zn0/Cu20結構電池，效率達到了 2%，其中MgFJt為減反 層。Tadatsugu Minami等人制備了 Al-doped Zn0/Ga203/Cu20結構的電池，得到最高效率達 5.38%的器件。近期，1&(^七8耶11]\1;[仙111；[等人通過]\%?2/^20/^1。.。 25-63。.975 - 0/(]1120:似結 構，將Cu2O異質結電池進一步提升到6%。目前為止，基于Cu2O制得的異質結太陽能電池 效率仍然較低。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例提供一種氧化亞銅異質結太陽能電池的制備方法，以實現降低成 本，提高原料利用率，實現大面積工業生產。
[0006] 為了達到上述技術目的，本發明實施例提供了一種氧化亞銅異質結太陽能電池的 制備方法，所述方法包括：
[0007] 采用超聲噴涂方法在氧化銦錫ITO導電玻璃上沉積p型層；所述的ITO導電 玻璃層的方塊電阻是20-30 Q，透過率在80 % -90 %，所述的p型層為氧化亞銅，層厚為 3〇-50nm ；
[0008] 采用超聲噴涂方法沉積一層有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH3NH3PbI 3層作為n型 層；
[0009] 在所述的n型層上沉積金屬電極層。
[0010] 上述技術方案具有如下有益效果：利用超聲噴涂方法制備，可以提高原料使用率， 降低生產成本，實現大面積工業生產。
【附圖說明】
[0011] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0012] 圖1為本發明實施例一種氧化亞銅異質結太陽能電池的制備方法流程圖；
[0013] 圖2為應用本發明實施例所述方案制備氧化亞銅的異質結太陽能電池器件結構 圖；
[0014] 圖3為本發明應用實例噴涂裝置圖；
[0015] 圖4為本發明應用實例制備的氧化亞銅異質結的太陽能電池結構中CH3NH 3PbI^ 表面光學顯微鏡圖；
[0016] 圖5為本發明應用實例在AMI. 5G光照下的鈣鈦礦太陽能電池的伏安特性曲線。
【具體實施方式】
[0017] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018] 如圖1所示，為本發明實施例一種氧化亞銅異質結太陽能電池的制備方法流程 圖，所述方法包括：
[0019] 101、采用超聲噴涂方法在氧化銦錫ITO導電玻璃上沉積p型層；所述的ITO導 電玻璃層的方塊電阻是20-30 Q，透過率在80% -90%，所述的p型層為氧化亞銅，層厚為 3〇-50nm ；
[0020] 102、采用超聲噴涂方法沉積一層有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH3NH3PbIJl作為n 型層；
[0021] 103、在所述的n型層上沉積金屬電極層。
[0022] 優選的，采用超聲噴涂方法分別在氧化銦錫ITO上沉積一層氧化亞銅作為p型層， 在P型層上沉積一層有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH 3NH3PbIJl,可以提高原料使用率，降低 生產成本，實現大面積工業生產。所述的ITO導電玻璃層的方塊電阻是20-30Q，透過率在 80% -90% ;所述的p型層為氧化亞銅，層厚為30-50nm。
[0023] 優選的，制備噴涂氧化亞銅的前驅液方法為：稱量一水乙酸銅（Cu(CH2COO) 2 ? H2O) 粉末0. 07986g，無水葡萄糖粉末0. 036032g，將稱量好后的一水乙酸銅與無水葡萄糖粉末 混合，加入2ml有機溶劑異丙醇（IPA)和8ml去離子水的混合溶劑中，異丙醇的濃度為 99. 7%，用磁力攪拌攪拌，直至粉末充分溶解。
[0024] 進一步地，優選的，一水乙酸銅的為濃度為0. 04mol/L，無水葡萄糖的濃度為 0. 02mol/L，所述溶劑的異丙醇和去離子水的體積比為1:4。
[0025]優選的，所述的超聲噴涂方法在氧化銦錫ITO導電玻璃上沉積氧化亞銅的工藝參 數為：噴頭距離加熱襯底的高度為125mm，工作功率為3. 4W，超聲頻率為95kHz，噴涂流量為 3ml/h，襯底加熱溫度為270°C，載氣為氮氣，氮氣的壓強為0. 06X 106Pa。
[0026] 進一步地，優選的，采用超聲噴涂方法制備氧化亞銅的流程為：噴涂30s，停留 30s，噴涂30s，停留30s......，不斷循環，總時長為15min。
[0027] 優選的，所述的噴涂的p型層材料還可以是如下材料的一種：硫氰酸亞銅 (CuSCN)、碘化亞銅（CuI)、聚（3,4_乙烯二氧噻吩）PED0T:聚苯乙烯磺酸PSS、氧化鎳 (NiO)，厚度為 30-50nm。
[0028] 優選的，所述的有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH3NH3PbIJl的厚度為300-500nm，通 過一步噴涂有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH 3NH3PbI3前驅液的方法制備而成的n型層。制備 的鈣鈦礦薄膜更加致密，基本沒有空隙，晶粒能夠生長到大約20 y m左右，且原料的利用率 很高，能夠大面積制備。
[0029] 進一步地，優選的，一步噴涂有機無機雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI 3的前驅液的質量分數 是1%，摩爾比CH3NH3I = PbI2= 1:1，然后溶于y-丁內酯中，65°C的溫度下攪拌過夜。
[0030] 優選的，所述的超聲噴涂方法沉積一層有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH3NH 3PbIJl 的工藝參數為：噴頭距離加熱襯底的高度為125mm，工作功率為3. 4W，超聲頻率為95kHz， 噴涂流量為65 y 1/min，載氣為氮氣，氮氣的壓強為0. 06 X 106Pa，沉積溫度75°C，噴涂時間 12min，退火溫度為90°C，退火時間60min。
[0031] 優選的，所述的在n型層上沉積金屬電極層，包括：通過熱蒸鍍或磁控濺射方法沉 積金屬電極層；所述的金屬電極層至少是如下電極層的一種：Al電極、Au電極、Ag電極；層 厚為120nm。
[0032] 針對現有技術中異質結鈣鈦礦太陽能電池已有的制備方法所存在的不足，本發明 實施例通過超聲噴涂利用較低的超聲波振動能量，對流經超聲波換能器前端的液體進行霧 化，產生微米級甚至納米級的細小液滴；通入適當壓力的壓縮氣體，使霧化小液滴在氣流作 用下，更加細小、均勻，從而達到對待涂物體表面進行精密薄膜沉積的目的。采用超聲噴涂 方法制備異質結鈣鈦礦太陽能電池具有很大的應用潛力，該方法可以提高原料使用率，降 低生產成本適用于制備大面積工業的太陽能電池。
[0033] 如圖2所示，為應用本發明實施例所述方案制備氧化亞銅的異質結太陽能電池 器件結構圖，其中包括：21_氧化銦錫ITO導電玻璃；22-p型氧化亞銅層；23-n型鈣鈦礦 CH 3NH3PbIJl ;24_金屬電極層。其制備方案為：首先，選擇方塊電阻是20-30 Q，透過率在 80% -90 %透明的氧化銦錫ITO導電玻璃，接著采用超聲噴涂方法在氧化銦錫ITO導電玻 璃上沉積厚度為30-50nm的p型層為氧化亞銅，然后采用超聲噴涂方法沉積一層厚度為 300-500nm的有機無機雜化鈣鈦礦結構的CH 3NH3PbI3層作為n型層。如圖3所示，為本發明 應用實例噴涂裝置圖，31-超聲霧化噴頭；32-襯底；33-加熱臺；34-超聲波發生器；35-恒 流栗；36-注射器；37-氣瓶；38-減壓閥。最后利用熱蒸鍍或磁控濺射方法在n型層上制備 120nm的金屬電極層。
[0034] 以下通過應用實例詳細說明：
[0035] 1、選擇方塊電阻是20 Q，透過率在80% -90%的ITO玻璃作為襯底材料，實驗前 襯底分別在去離子水，丙酮，酒精中超聲15min。
[0036] 2、p型層氧化亞銅的制備
[0037] (1)氧化亞銅前驅液的配制
[0038] 稱量一水乙酸銅（Cu (CH2COO) 2 ? H2O)粉末0? 07986g，無水葡萄糖粉末0? 036032g， 將稱量好后的一水乙酸銅與無水葡萄糖粉末混合，加入2ml有機溶劑異丙醇（IPA)和8ml 去離子水的混合溶劑中，異丙醇的濃度為99. 7%，用磁力攪拌攪拌，直至粉末充分溶解。前 驅液中一水乙酸銅的為濃度為0. 〇4mol/L，無水葡萄糖