[发明专利]一种MoO3/MoS2/LiF柔性异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法，既属于柔性薄膜材料与器件领域，也属于新能源材料领域。

背景技术

当今社会，能源危机和环境污染成为人类面临的两大难题，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。对于太阳能电池来说，较高的转换效率和较低的生产成本是两个最为关键的研发目标。目前，硅是最常用的太阳能电池材料，制备的太阳能电池转换效率高，技术也相对成熟，但由于制备成本居高不下，亟待寻找一种新型低成本高效率半导体材料和电池。

二硫化钼MoS₂是一种储量丰富的天然矿物，价格低廉，具有良好的热稳定性和化学稳定性，且有类似于石墨烯的二维层状结构；在可见光范围具有宽的带隙且带隙可调的物理性质、较高的载流子迁移率等特点，非常适合做成太阳能电池。三氧化钼MoO₃和氟化锂LiF被广泛地应用于有机聚合物太阳能电池中作为空穴传输层和电子传输层，MoO₃能有效地传输空穴到阳极并且阻挡电子向阳极传输，而LiF不仅能有助于电子的传输，还能对电子空穴激发层形成保护。

本专利提出了一种基于MoO₃、LiF薄膜及MoS₂、石墨烯层状结构的新型柔性异质结太阳能电池，采用简单的制备方法，可以制备出性能优越价格低廉且应用广泛的柔性电池。

发明内容

本发明所解决的问题在于提供一种MoO₃/MoS₂/LiF柔性异质结太阳能电池和制备方法，本发明电池的结构为：聚酰亚胺柔性衬底/Al背极/MoO₃空穴传输层/MoS₂电子空穴激发层/LiF电子传输层/石墨烯透明导电层/Al栅极，实现太阳能的有效转换。相对于MoS₂/硅异质结太阳能电池，本发明完全取代硅材料且无需繁琐工艺进行掺杂，具有简单的生产工艺和更低的制备成本且具有更易开发应用的柔性特点；相对于有机聚合物太阳能电池，本发明是以具有直接带隙和良好光吸收范围的二维层状无机MoS₂层作为电子空穴激发层的无机太阳能电池，更加稳定高效，寿命更长，易于制备和开发应用。

本发明提供的技术方案是：

一种MoO₃/MoS₂/LiF柔性异质结太阳能电池，包括柔性衬底、金属背极、空穴传输层、无机电子空穴激发层、电子传输层、透明导电层、金属栅极，其中，所述无机电子空穴激发层为MoS₂。

进一步的，所述的空穴传输层为MoO₃，所述电子传输层为LiF。

进一步的，所述的柔性衬底为聚酰亚胺，所述的透明导电层是石墨烯。

进一步的，所属的金属背极是Al或Ag，金属栅极是Al或Ag。

进一步的，所述金属Al背极厚度为 50-100 nm；MoO₃层厚度为10-80 nm；MoS₂层厚度0.65-1.5 nm；LiF层厚度为1.5-5 nm；石墨烯层厚度为 0.5-2 nm；Al栅极层厚度为50-100 nm。

同时，本发明还提供了一种MoO₃/MoS₂/LiF柔性异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗柔性衬底并烘干；

(2)用真空镀膜机采用热蒸发的方式在柔性衬底上蒸镀Al薄膜；

(3)制备MoO₃溶液，并用匀胶机旋涂在蒸有Al膜的柔性衬底上；

(4)在卧式管式炉中，CVD法原位硫化生成MoS₂层同时对MoO₃层进行退火，在MoO₃层上方形成MoS₂电子空穴激发层；

(5)真空镀膜机采用热蒸发的方式在MoS₂层上蒸镀LiF电子传输层；

(6)在LiF电子传输层上方利用匀胶机采用旋涂的方法形成石墨烯透明导电层；

(7)真空镀膜机采用热蒸发的方式在石墨烯透明导电层上方用掩模版蒸镀形成栅电极。

进一步的，制备溶液法MoO₃并旋涂至蒸有Al膜的柔性衬底形成MoO₃层的流程为：