[实用新型]一种以硫化镉作为窗口材料的钙钛矿薄膜太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种以硫化镉作为窗口材料的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为：透明导电衬底 1、N型硫化镉薄膜 2、P型钙钛矿薄膜 3、P型重掺杂石墨烯薄膜 4、金属电极 5。本实用新型的优点在于：一方面，利用硫化镉良好的窗口效应，并作为电子选择接触层能够极大地提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；另一方面，重掺杂石墨烯具有高载流子迁移率和电导率，其致密的结构特点能够有效地阻止钙钛矿薄膜被空气中的水氧降解，并阻隔金属电极向钙钛矿薄膜的有害扩散，极大地提高了传统钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。

技术领域

本实用新型属新能源领域，具体涉及一种以硫化镉作为窗口材料的钙钛矿薄膜太阳能电池的结构。

背景技术

随着社会的不断发展、人民生活水平的不断提高，对能源的需求也在不断增加，但同时，煤炭、石油等不可再生能源频频告急，国际社会经济发展受到能源问题的影响程度不断加深，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，为经济的发展寻求新的动力。太阳能电池就是很好的光电转换器件，到目前为止，硅太阳能电池的发展最为成熟，在大规模应用和工业生产中一直占据主导地位，但由于硅成本太高，大幅度降低其成本很困难，寻找新的低成本高效稳定的太阳能电池一直是科研工作者的追求目标。

薄膜太阳能电池的出现激发了科研工作者的研究热情，研究人员相继开发了很多薄膜太阳能电池，如铜铟镓硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、石墨烯太阳能电池等等。石墨烯因其具有独特的性质，近年来一直是科研人员研究的热点，它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最好的一种新型纳米材料。在室温下，其载流子迁移率约为15000cm²/v^-s，超过硅材料的10倍。光吸收方面，石墨烯在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，几乎是完全透明的。并且，石墨烯具有超疏水性，其结构非常致密，即使是最小的气体原子也无法穿透。此外，碲化镉薄膜太阳能电池其产业化技术也已经比较成熟，其窗口层材料硫化镉是一种重要的直接带隙半导体材料，低电阻，无放射性，禁带宽度在2.42eV左右，吸收系数较高，为10⁴~10⁵ cm^-1，并且，硫化镉作为电子选择接触层能够极大地提高异质结太阳能电池的光电转换效率。

近来，一种基于钙钛矿结构的CH₃NH₃PbX₃(X代表卤族元素）材料的太阳能电池引起了全世界的关注。钙钛矿是一种价格低廉，具有近乎完美的结晶度，制备工艺简单以及具有适合制作太阳能电池材料的最佳禁带宽度等特点。现有研究表明，在一个非平衡的生长条件下，可以制备出N型钙钛矿，但是通过掺杂获得N型钙钛矿是非常困难的，这主要是由于中性缺陷的形成和内在点缺陷的补偿；对于制备P型钙钛矿，可以通过掺杂IA族，IB族或VIA族元素，例如Rb、Cu、Na等，这在很大程度上拓展了钙钛矿材料在太阳能电池中的应用范围。经过短短几年的研究，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率迅速从3.8%提升到了22%以上。尽管如此，仍然有一些技术瓶颈制约钙钛矿太阳能电池的产业化发展，如钙钛矿太阳能电池的稳定性问题、光电转换效率还不能适应高能源需求的现代社会等等。

发明内容

为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转化效率，本实用新型提供了一种以硫化镉作为窗口材料的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为：透明导电衬底、N型硫化镉薄膜、P型钙钛矿薄膜、P型重掺杂石墨烯薄膜、金属电极。所述透明导电衬底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃或ZTO导电玻璃或石墨烯。本实用新型的优点在于：一方面，利用硫化镉良好的窗口效应，并作为电子选择接触层能够极大地提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；另一方面，重掺杂石墨烯具有高载流子迁移率和电导率，其致密的结构特点能够有效地阻止钙钛矿薄膜被空气中的水氧降解，并阻隔金属电极向钙钛矿薄膜的有害扩散，极大地提高了传统钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。

附图说明