[发明专利]一种三明治结构无铅铁电光伏器件及其制备方法

说明书

本发明属于无铅铁电光伏器件技术领域，具体涉及一种三明治结构无铅铁电光伏器件及其制备方法。该铁电光伏器件包括：基底；附着在所述基底上的KBNNO层；以及，附着在所述KBNNO层上的ITO层。其制备方法包括：步骤1)获取基底材料；2)以基底材料为衬底，采用脉冲激光沉积法用KBNNO陶瓷靶材在所述衬底上沉积KBNNO薄膜，得到基底/KBNNO；3)以基底/KBNNO为衬底，采用脉冲激光沉积法用ITO靶材在所述基底/KBNNO上沉积ITO层，形成基底/KBNNO/ITO，得到三明治结构无铅铁电光伏器件。本发明通过脉冲激光沉积方法制备窄带隙铁电光伏薄膜太阳能电池，利用铁电退极化电场和肖特基结区势垒的协同作用，促进光生电子空穴对的分离和收集。

技术领域

本发明属于无铅铁电光伏器件技术领域，具体涉及一种三明治结构无铅铁电光伏器件及其制备方法。

背景技术

随着全球能源和环保问题的日益突出，太阳能光伏产业以其干净、无污染、存在区域广泛及可重复利用等优点正在引起人们越来越多的关注。目前，在太阳能电池市场中，晶体硅电池由于其成熟的制备工艺、高的转化效率(>25％)和良好的环保特性占据着统治地位。然而，晶体硅太阳能电池具有光吸收系数低(约10²cm^-1)，制作工艺繁琐，成本昂贵等缺点，这大大限制了晶体硅太阳能电池的进一步发展。为了有效降低光伏电池的成本，研究者开始尝试研制无机薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、纳米结构太阳能电池、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池等。然而，成本低、光电转换效率高且性能稳定的太阳能电池仍未实现。

近年来，铁电体因其反常的光伏效应而吸引了国际学术界及产业界越来越多的关注和重视。不同于传统的p-n结太阳能电池，铁电光伏太阳能电池因其分布于整个铁电层内退极化电场的存在而能够更有效地分离光生电子空穴对。但是，大多数已知的铁电材料都有很宽的禁带，即它们只吸收构成太阳光谱一小部分的高能光子，例如目前被广泛研究的BiFeO₃体系铁电光伏薄膜，最低带隙约为2.7eV，波长大于460nm的可见光都不能被其有效吸收。2013年，Ilya Grinberg等人采用常规的固态反应合成方法，利用廉价和无毒性的元素制成了单相的带隙可调(1.1～3.8eV)的氧化物固溶体[KNbO₃]_1-x[BaNi_1/2Nb_1/2O_3-δ]_x(Nature,503(2013)509-512)，这类氧化物具有很好的铁电性质，还具有很好的光吸收能力。

到目前为止，尚未见有关薄膜型KBNNO铁电太阳能电池及其制备方法的报道。本发明创新性地使用脉冲激光沉积法以Pt作为底电极，透明的ITO作为顶电极，成功制备了ITO/KBNNO/Pt结构薄膜太阳能电池。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种三明治结构无铅铁电光伏器件及其制备方法。本发明通过脉冲激光沉积法制备窄带隙铁电薄膜太阳能电池，利用铁电薄膜中退极化电场和薄膜与电极间肖特基结区势垒的协同作用，促进电池中光生电子空穴对的分离和高效收集。

本发明所提供的技术方案如下：

一种三明治结构无铅铁电光伏器件，包括：

基底；

附着在所述基底上的KBNNO层；

以及，附着在所述KBNNO层上的ITO层。