[发明专利]一种铁电-半导体耦合光伏器件及其制备方法

说明书

本发明涉及光伏器件技术领域，尤其涉及一种铁电‑半导体耦合光伏器件及其制备方法。本发明提供了一种铁电‑半导体耦合光伏器件，包括由下到上依次层叠设置的衬底、第一载流子传输层、P型光学吸收层、N型铁电材料层、第二载流子传输层和电极层；或包括由下到上依次层叠设置的衬底、第一载流子传输层、P型光学吸收层、N型非铁电材料层、铁电材料层、第二载流子传输层和电极层。所述铁电‑半导体耦合光伏器件具有较高的光电转化效率和较低的制备成本。

技术领域

本发明涉及光伏器件技术领域，尤其涉及一种铁电-半导体耦合光伏器件及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展和人口的增长，以及碳达峰、碳中和的目标，都需要发展清洁能源。太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的可再生能源，不产生任何的环境污染。

在太阳能的有效利用技术中，太阳能光电转变器件是发展最快、最具活力的技术，为此，人们研制和开发了太阳能电池。太阳能电池工作的原理如下：太阳光照在由半导体光伏材料组成的半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

太阳能电池种类很多，以无机铜基硒硫化物为吸光层材料制备的太阳电池理论转换效率可达32.8％，同时具有原材料丰富、安全无毒、价格低廉和高光吸收系数等优点，是一种理想的新型太阳电池，研究前景可观。但是无机铜基硒硫化物太阳电池的器件结构中光学吸收层不能与传统的N型材料实现良好的晶格结构匹配和能带匹配。因此，难以实现激子的有效分离和电荷的高效传输。

针对上述问题，铁电光伏的电池开路电压不受限于铁电材料光学带隙，另外铁电材料兼具机械、化学、热稳定性且制造成本低等优点，因此在太阳能转化应用上越来越多地收到国内外研究者的关注。但是传统铁电材料吸光能力弱、电导率低，铁电太阳电池虽然具有高的开路电压，且存在严重的载流子复合问题，进而导致其低的光电转换效率，进而限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁电-半导体耦合光伏器件及其制备方法，所述铁电-半导体耦合光伏器件具有高的光电转化效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铁电-半导体耦合光伏器件，包括由下到上依次层叠设置的衬底、第一载流子传输层、P型光学吸收层、N型铁电材料层、第二载流子传输层和电极层；

或包括由下到上依次层叠设置的衬底、第一载流子传输层、P型光学吸收层、N型非铁电材料层、铁电材料层、第二载流子传输层和电极层。

优选的，所述P型光学吸收层为P型铜基光学吸收层；

所述P型铜基光学吸收层的材料为铜铟镓硒硫、铜钡锡硫(硒)、铜锰锡硫(硒)和铜锌锡硫(硒)中的一种或几种。

优选的，所述N型铁电材料层的材料为铌酸钾钠基无铅压电材料、钛酸钡和铁酸铋中的一种或几种。

优选的，所述N型铁电材料层和铁电材料层的厚度独立的为1～100nm。

优选的，所述N型非铁电材料层的材料为CdS和/或ZnS。

优选的，所述N型非铁电材料层的厚度为5～100nm。

优选的，所述第一载流子传输层的材料为Mo、氟掺杂氧化锡、氧化铟锡和掺杂铝的氧化锌中的一种或几种；

所述第二载流子传输层为透明导电氧化物薄膜层；

所述透明导电氧化物薄膜层的材料为AZO、FTO和ITO中的一种或几种。

优选的，所述电极层的材料为Au、Ni和Al中的一种或几种。