[发明专利]氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池

说明书

本发明公开了一种氧化钼‑氧化锌紫外光太阳能电池，具有如下的结构：Ag/ITO/MoO₃/ZnO/Al‑ZnO/ITO导电玻璃，其中Al‑ZnO中Al的掺杂质量分数为1.5～2.5％。本发明利用非有意掺杂的氧化锌纳米薄膜作为紫外光电池的窗口层，然后以氧化钼作为空穴传输层，以铝掺杂的氧化锌(Al‑ZnO)作为电子传输层，利用磁控溅射生长氧化锌纳米薄膜，在工作气体中加入氢气，氢等离子体会增强氧化锌薄膜的晶化和晶界的钝化，从而提高薄膜的载流子迁移率，增强了纳米晶粒的量子尺寸效应。

技术领域

本发明涉及一种氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

紫外线过多会直接照射人体，会引起晒伤、免疫力下降、皮肤癌等严重问题。把太阳能电池安装在建筑的围护结构外表面，尤其是玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃窗户等表面，除了阻挡紫外线的辐射，还可以提供电力，是未来节能建筑发展的方向。目前的太阳能电池，如晶体硅、非晶硅、铜铟镓硒、硫化镉、钙钛矿、砷化镓等太阳能电池，主要是吸收太阳光谱中的可见光和近红外光，然后把光能转换成电能，所以这些电池对可见光都是不透明的。当这些传统的电池应用到玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃窗户时，尽管可以节能，但同时也会造成这些建筑的内部采光度不足，降低了建筑的居住舒适度。采用禁带宽度较大的材料，如氧化钼(MoO₃)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)等，制作而成的紫外光太阳能电池，只吸收紫外光，对可见光是透明的。当它们用于玻璃幕墙、屋顶或门窗时，在发电的同时，完全不会影响到室内的采光，而且还阻挡紫外线的辐射。因此，随着人们对建筑居住、环保及节能属性的要求越来越高，紫外光太阳能电池在光伏建筑一体化方面有着广阔的应用前景。

在光跃迁过程中，激发到材料导带中的电子和价带中的空穴，由于库仑相互作用，将形成电子空穴对，称为激子。当入射光子能量(hν)大于材料的禁带宽度(E_g)，在通常情况下，从价带激发到导带中的电子会把多余的能量(hν-E_g)通过碰撞传递给声子，以热能的形式损失掉，然后弛豫到导带底。如果能够使处于高能态的电子在还没有弛豫到导带底之前，就能够被太阳能电池的两极收集到，电池的开路电压就会变大，从而效率得到提高。如果激子束缚能大，有效存活时间长，声子碰撞的热化损失就较小，激子的扩散距离越远，可以吸收的太阳光越多，电池的效率就会越高。

氧化锌的禁带宽度为3.37eV，对可见光是透明的，可以吸收大部分紫外光，是制备传统的紫外光电器件的吸收层(窗口层)。非有意掺杂的氧化锌，由于材料的原生缺陷—氧空位在禁带中引入施主能级，因此通常表现为弱n型半导体，本征载流子浓度很低。氧化钼由于具有高功函数(6.7eV)，目前通常作为有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池的空穴传输层，阻挡电子以降低电荷复合。氧化钼和氧化锌的激子束缚能分别是150和60meV，远大于室温下热能(26meV)，而且氧化钼/氧化锌界面的电荷分离速度足够大，氧化钼/氧化锌紫外光太阳能电池的开路电压就会可能会高于它们的内建势，电池的效率可以得到大幅的提升。

发明内容

为了提高紫外光太阳能电池的效率，利用氧化锌薄膜中纳米晶粒的尺寸效应，使得处于高能态的光生载流子在氧化钼/氧化锌界面实现快速分离，减少由于声子碰撞引起的热损失，从而提高紫外光电池的开路电压。

为此，本发明采用的技术方案是这样的：氧化钼-氧化锌紫外光太阳能电池，其特征在于具有如下的结构：Ag/ITO/MoO₃/ZnO/Al-ZnO/ITO导电玻璃，其中Al-ZnO中Al的掺杂质量分数为1.5～2.5％。

本发明的制备方法，详见实施例。

在本发明中，利用非有意掺杂的氧化锌纳米薄膜作为紫外光电池的窗口层，然后以氧化钼作为空穴传输层，以铝掺杂的氧化锌(Al-ZnO)作为电子传输层，利用磁控溅射生长氧化锌纳米薄膜，在工作气体中加入氢气，氢等离子体会增强氧化锌薄膜的晶化和晶界的钝化，从而提高薄膜的载流子迁移率，增强了纳米晶粒的量子尺寸效应。