(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112436068 A(43)申请公布日 2021.03.02
(21)申请号 202010863426.5(22)申请日 2020.08.25
(71)申请人 宣城开盛新能源科技有限公司
地址 242000 安徽省宣城市经济技术开发
区青弋江大道宣城科技园B19-1幢106室(72)发明人 徐晓华 李涛 连重炎 刘林
卢海江 (74)专利代理机构 合肥东信智谷知识产权代理
事务所(普通合伙) 34143
代理人 李兵(51)Int.Cl.
H01L 31/075(2012.01)H01L 31/032(2006.01)H01L 51/42(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池及其制备方法
(57)摘要
本发明公开了一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池，其为层叠结构，由下至上依次为不锈钢卷、CIGS层、缓冲层、ZnO层、ITO层、TiO2层、钙钛矿层、空穴传输层和电极。一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)在不锈钢衬底上依次采用磁控溅射的方法制备CIGS薄膜、CdS薄膜和ZnO薄膜；(2)在ZnO薄膜上依次采用旋涂法制备ITO膜层、TiO2膜层、CH3NH3PbI3膜层和Spiro‑MeOTAD膜层；(3)采用加热层压的方式在Spiro‑MeOTAD膜层上制备Cu电极。本发明的目的在于克服现有CIGS太阳电池在光电转换效率上的不足，提供一种柔性太阳电池的叠层结构，充分结合CIGS和钙钛矿太阳电池二者的优异性能，提高整体的光电性能。
CN 112436068 ACN 112436068 A
权 利 要 求 书
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1.一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池，其特征在于，其为层叠结构，由下至上依次为不锈钢卷(1)、CIGS层(2)、缓冲层(3)、ZnO层(4)、ITO层(5)、TiO2层(6)、钙钛矿层(7)、空穴传输层(8)和电极(9)。
2.根据权利要求1所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池，其特征在于，其层叠结构由下至上依次为不锈钢卷、CIGS层、CdS缓冲层、ZnO层、ITO层、TiO2层、CH3NH3PbI3钙钛矿层、空穴传输层和Cu电极。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在不锈钢衬底上依次采用磁控溅射的方法制备CIGS薄膜、CdS薄膜和ZnO薄膜；(2)在ZnO薄膜上依次采用旋涂法制备ITO膜层、TiO2膜层、CH3NH3PbI3膜层和Spiro-MeOTAD膜层；
(3)采用加热层压的方式在Spiro-MeOTAD膜层上制备Cu电极。
4.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，CIGS薄膜的制备方法为：采用磁控溅射让Ar+离子撞击Cu In Ga靶，使得Cu、In、Ga这三种原子从靶材中溅射出来而沉积到不锈钢衬底表面；同时在对靶材撞击溅射的工作过程中，引入Se蒸气进行硒化处理，这样Se蒸气就可和溅射出来的Cu、In、Ga三种原子发生反应，从而形成CIGS薄膜。
5.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，CdS薄膜的制备方法为：采用磁控溅射的方法让Ar+离子撞击CdS靶材，使得CdS从靶材中溅射出来而沉积到CIGS薄膜的表面。
6.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，ZnO薄膜的制备方法为：采用磁控溅射的方法让Ar+离子撞击ZnO靶材，使得ZnO从靶材中溅射出来而沉积到CdS薄膜的表面。
7.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，CH3NH3PbI3膜层的制备方法为：配置CH3NH3I和PbI2前驱体溶液，再以一定的旋转速度将它们依次旋涂在TiO2膜层表面，并进行热处理成膜，保证膜层的平整均匀性。
8.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，Spiro-MeOTAD膜层的制备方法为：将空穴传输材料Spiro-MeOTAD和四叔丁基-吡啶，双(三氟甲基磺酰)锂Li-TFSI等添加剂溶解于氯苯溶剂中，再将其旋涂于CH3NH3PbI3膜层表面。
9.根据权利要求3所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，Cu电极的制备方法为：采用加热层压的方式将镀Ni的Cu电极先和一种高分子薄膜材料粘接，再整体与电池层压在一起。
10.根据权利要求9所述的一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述高分子薄膜材料为粘合树脂—PET—粘合树脂。
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说 明 书
一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池及其制备方法
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技术领域
[0001]本发明属于太阳电池技术领域，特别涉及一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池及其制备方法。
背景技术
[0002]有机无机钙钛矿材料(CH3NH3PbX3,X＝Cl、Br、I)是近些年来发展非常迅速的一类新型光电材料。因其廉价的原材料和简单的制作工艺,宽的吸收光谱,以及高的光电转换效率等特点而具有很大发展潜力以及应用前景十分广阔，当前实验室最高效率已达24.2％。[0003]有机/无机杂化钙钛矿太阳电池的结构主要由导电玻璃、 TiO2/ZnO光阳极(电子受体层)、钙钛矿吸光材料、空穴传输材料与蒸镀的金属电极或印刷的碳电极构成。即为FTO或ITO(11)/TiO2(12) /CH3NH3PbI3(13)/Spiro-MeOTAD(14)/Au(15)。[0004]目前主要采用旋涂法制备CH3NH3PbI3钙钛矿太阳电池，具体工艺流程如下所示：[0005](1)先在FTO衬底上旋涂TiO2或ZnO作为电子传输层；[0006](2)然后在TiO2或ZnO膜层上采用旋涂的方法制备 CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜，并进行简单退火处理；[0007](3)再在沉积好的钙钛矿薄膜上旋涂Spiro-MeOTAD或P3HT 等有机材料作为空穴传输层，帮助传导空穴；[0008](4)最后在沉积好的空穴传输层上蒸镀沉积Au或Ag等金属电极。
[0009]以不锈钢卷为衬底的柔性Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)铜铟镓硒薄膜太阳电池具有可
[0010]被制成柔性可卷曲组件、稳定性良好、适于大面积连续生产和较低的生产制造成本等优点而越来越广泛地应用于生活中。与晶硅电池相比较，当前CIGS太阳电池的光电效率还存在明显的差距，因此提高整体的光电效率是未来发展的努力方向。[0011]与晶硅电池相比较，当前CIGS太阳电池的光电效率还存在明显的差距，因此提高整体的光电效率是未来发展的努力方向。而钙钛矿太阳电池具有优异的光电转换效率，其实验室最高效率已达24.2％，已能媲美晶硅电池的光电性能。因此，采取钙钛矿太阳电池与CIGS 太阳电池叠层的方法是实现高转换效率的一种途径。发明内容
[0012]本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池及其制备方法。
[0013]本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：[0014]一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池，其为层叠结构，由下至上依次为不锈钢卷、CIGS层、缓冲层、ZnO层、ITO层、TiO2层、钙钛矿层、空穴传输层和电极。[0015]进一步的，其层叠结构由下至上依次为不锈钢卷、CIGS层、CdS 缓冲层、ZnO层、ITO层、TiO2层、CH3NH3PbI3钙钛矿层、空穴传输层和Cu电极。
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CN 112436068 A[0016][0017]
说 明 书
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一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)在不锈钢衬底上依次采用磁控溅射的方法制备CIGS薄膜、 CdS薄膜和ZnO薄
膜；
(2)在ZnO薄膜上依次采用旋涂法制备ITO膜层、TiO2膜层、 CH3NH3PbI3膜层和
Spiro-MeOTAD膜层；[0019](3)采用加热层压的方式在Spiro-MeOTAD膜层上制备Cu电极。[0020]进一步的，CIGS薄膜的制备方法为：采用磁控溅射让Ar+离子撞击Cu In Ga靶，使得Cu、In、Ga这三种原子从靶材中溅射出来而沉积到不锈钢衬底表面；同时在对靶材撞击溅射的工作过程中，引入 Se蒸气进行硒化处理，这样Se蒸气就可和溅射出来的Cu、In、Ga 三种原子发生反应，从而形成CIGS薄膜。[0021]进一步的，CdS薄膜的制备方法为：采用磁控溅射的方法让Ar+ 离子撞击CdS靶材，使得CdS从靶材中溅射出来而沉积到CIGS薄膜的表面。[0022]进一步的，ZnO薄膜的制备方法为：采用磁控溅射的方法让Ar+ 离子撞击ZnO靶材，使得ZnO从靶材中溅射出来而沉积到CdS薄膜的表面。[0023]进一步的，CH3NH3PbI3膜层的制备方法为：配置CH3NH3I和 PbI2前驱体溶液，再以一定的旋转速度将它们依次旋涂在TiO2膜层表面，并进行热处理成膜，保证膜层的平整均匀性。
[0024]进一步的，Spiro-MeOTAD膜层的制备方法为：将空穴传输材料 Spiro-MeOTAD和四叔丁基-吡啶，双(三氟甲基磺酰)锂Li-TFSI等添加剂溶解于氯苯溶剂中，再将其旋涂于CH3NH3PbI3膜层表面。[0025]进一步的，Cu电极的制备方法为：采用加热层压的方式将镀Ni 的Cu电极先和一种高分子薄膜材料粘接，再整体与电池层压在一起。[0026]进一步的，所述高分子薄膜材料为粘合树脂—PET—粘合树脂。。[0027]本发明的有益效果为：本发明的目的在于克服现有CIGS太阳电池在光电转换效率上的不足，提供一种柔性太阳电池的叠层结构，充分结合CIGS和钙钛矿太阳电池二者的优异性能，提高整体的光电性能。
[0028]本发明以柔性不锈钢卷为衬底制备钙钛矿与CIGS叠层太阳电池，提供了一种新型的电池器件叠层结构。
[0029]本发明采用铜线层压法制备CIGS电池的电极工艺简单成熟、成本低廉、可控性和重复性强，适用于制备高性能的CIGS太阳电池。
[0018]
附图说明
[0030]图1是CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的结构示意图；[0031]图2是钙钛矿太阳电池的结构示意图；
具体实施方式
[0032]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
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说 明 书
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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0033]实施例
[0034]如图1～2所示，一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池，其为层叠结构，由下至上依次为不锈钢卷1、CIGS层2、缓冲层3、ZnO层4、 ITO层5、TiO2层6、钙钛矿层7、空穴传输层8和电极9。
[0035]具体的，其层叠结构由下至上依次为不锈钢卷、CIGS层、CdS 缓冲层、ZnO层、ITO层、TiO2层、CH3NH3PbI3钙钛矿层、空穴传输层和Cu电极。
[0036]本发明的目的在于克服现有CIGS太阳电池在光电转换效率上的不足，提供一种柔性太阳电池的叠层结构，充分结合CIGS和钙钛矿太阳电池二者的优异性能，提高整体的光电性能。
[0037]本发明以柔性不锈钢卷为衬底制备钙钛矿与CIGS叠层太阳电池，提供了一种新型的电池器件叠层结构。
[0038]本发明采用铜线层压法制备CIGS电池的电极工艺简单成熟、成本低廉、可控性和重复性强，适用于制备高性能的CIGS太阳电池。
[0039]一种CIGS与钙钛矿叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：[0040](1)在不锈钢衬底上依次采用磁控溅射的方法制备CIGS薄膜、 CdS薄膜和ZnO薄膜；[0041](2)在ZnO薄膜上依次采用旋涂法制备ITO膜层、TiO2膜层、CH3NH3PbI3膜层和Spiro-MeOTAD膜层；[0042](3)采用加热层压的方式在Spiro-MeOTAD膜层上制备Cu电极。[0043]具体的，采用磁控溅射的技术手段让Ar+离子撞击Cu In Ga靶，使得Cu、In、Ga这三种原子从靶材中溅射出来而沉积到不锈钢衬底表面；同时在对靶材撞击溅射的工作过程中，引入Se蒸气进行硒化处理，这样Se蒸气就可和溅射出来的Cu、In、Ga三种原子发生反应，从而形成CIGS薄膜。
[0044]CdS薄膜(CdS缓冲层)的制备为，采用磁控溅射的方法让Ar+ 离子撞击CdS靶材，使得CdS从靶材中溅射出来而沉积到CIGS薄膜的表面。[0045]ZnO薄膜层的制备为，采用磁控溅射的方法让Ar+离子撞击ZnO 靶材，使得ZnO从靶材中溅射出来而沉积到CdS薄膜的表面。[0046]ITO和TiO2为购买的浆料，分别将其配置前驱体溶液，再采用旋涂法以一定的旋转速度将溶液依次旋涂于基底(ZnO薄膜)表面而成膜。[0047]CH3NH3PbI3膜层(钙钛矿层)的制备为：分别配置CH3NH3I 和PbI2前驱体溶液，再以一定的旋转速度将它们依次旋涂在基底 (TiO2膜层)表面，并进行热处理成膜，保证膜层的平整均匀性。
[0048]Spiro-MeOTAD膜层(空穴传输层)的制备为：先将空穴传输材料Spiro-MeOTAD和四叔丁基-吡啶，双(三氟甲基磺酰)锂Li-TFSI等添加剂溶解于氯苯溶剂中，再将其旋涂于CH3NH3PbI3膜层表面。
[0049]Cu电极的制备为，采用加热层压的方式将镀Ni的Cu电极先和一种高分子薄膜材料(粘合树脂—PET—粘合树脂)粘接，再整体与电池层压在一起。[0050]从叠层太阳电池的结构图看，叠层结构有助于吸收两种太阳电池的优异光电性
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说 明 书
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能。一方面，钙钛矿太阳电池的引入可能有助于提升整体器件的光电转换性能，另一方面，采用铜线层压法代替Au或Ag 等贵金属则降低了钙钛矿太阳电池的制备成本。[0051]需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0052]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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