[發(fā)明專利]串列光伏電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880108241.0
• 申請(qǐng)日: 2008-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101802948A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: N·G·普希雷爾;F·艾克邁爾;J·舍恩布姆;J·H·黃;M·卡爾松;I·布魯?shù)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01L51/42
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的具有串列電池結(jié)構(gòu)的光伏元 件。這樣的光伏元件用于將電磁輻射，特別地太陽(yáng)光，轉(zhuǎn)換為電能。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池中的太陽(yáng)能到電能的直接轉(zhuǎn)換通?；诎雽?dǎo)體材料的所謂 的“內(nèi)部光電效應(yīng)”，即，通過(guò)在p-n結(jié)或肖特基(Schottky)接觸處吸收 光子并分離正負(fù)電荷載流子來(lái)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。由此，產(chǎn)生光電壓，該光 電壓在外部電路中可以誘導(dǎo)光電流，太陽(yáng)能電池通過(guò)光電流輸出其電力。

通常在該情況下，半導(dǎo)體僅吸收具有高于半導(dǎo)體帶隙的能量的那些光 子。因此，半導(dǎo)體帶隙的大小決定了太陽(yáng)光的可以被轉(zhuǎn)換為電能的部分。

在二十世紀(jì)五十年代就已經(jīng)制造出了基于多晶硅的太陽(yáng)能電池。在那 時(shí)，為應(yīng)用于太陽(yáng)能衛(wèi)星而推動(dòng)了該技術(shù)。雖然現(xiàn)在基于硅的太陽(yáng)能電池 主宰著地面市場(chǎng)，但該技術(shù)仍然是成本高昂的。因此，嘗試開(kāi)發(fā)更經(jīng)濟(jì)的 新方法。下面將概述作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的一些這樣的方法。

染料太陽(yáng)能電池

目前，染料太陽(yáng)能電池(DSC)為最有效的備選太陽(yáng)能技術(shù)。在該技 術(shù)的液體變體(liquid?variant)中，目前可以獲得高達(dá)11％的效率(參見(jiàn)， 例如，M.et?al.，J.Photochem.Photobio.C，2003，4，145；Chiba?et? al.，Japanese?Journal?of?Appl.Phys.，2006，45，L638-L640)。

其中具有許多變體的被構(gòu)建為單個(gè)元件的太陽(yáng)能電池通常包括兩個(gè)電 極，至少其中一個(gè)電極是透明的。這兩個(gè)電極根據(jù)其功能被稱為“工作電極” (或“陽(yáng)極”，產(chǎn)生電子)和“背電極”(或“陰極”)。n型導(dǎo)電金屬氧化物 通常被施加在工作電極上或其附近，例如，約10-20μm厚度的二氧化鈦 (TiO₂)的納米多孔層。在該層的表面上進(jìn)行吸收，通常存在可以通過(guò)光 吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗B(tài)的光敏染料(例如，釕絡(luò)合物)的單個(gè)層。通常在背 電極上或背電極處存在幾個(gè)微米厚的例如鉑的催化層。在兩個(gè)電極之間的 區(qū)域填充有氧化還原電解質(zhì)，例如，碘(I₂)和碘化鉀(KI)的溶液。

染料太陽(yáng)能電池的功能是基于通過(guò)染料吸收光。電子從受激的染料轉(zhuǎn) 移到n型半導(dǎo)電金屬氧化物半導(dǎo)體，并從那里遷移到陽(yáng)極，而電解質(zhì)通過(guò) 陰極確保電荷平衡。因此，N型半導(dǎo)電金屬氧化物、染料以及電介質(zhì)是染 料太陽(yáng)能電池的基本元件。

然而，在一些情況下，由液體電介質(zhì)制成的染料太陽(yáng)能電池會(huì)遭受不 是最理想的密封，這會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性問(wèn)題。然而，可用通過(guò)固體p型半導(dǎo)體 取代液體電解質(zhì)。目前染料太陽(yáng)能電池的固體變體(solid?variant)的效率 為約4.6-4.7％(Snaith，H.，Angew.Chem.Int.Ed.，2005，44，6413-6417)。

迄今為止，已經(jīng)在固體染料太陽(yáng)能電池中使用各種無(wú)機(jī)p型半導(dǎo)體， 例如，CuI，CuBr·3(S(C₄H₉)₂)或CuSCN。本質(zhì)上，還存在Cu(I)酶質(zhì)體藍(lán) 素(plastocyanine)，其在光系統(tǒng)I中重新還原被氧化的葉綠素二聚體。 這樣的p型半導(dǎo)體可以通過(guò)至少三種方法處理，即，從溶液、通過(guò)電沉積 或通過(guò)激光沉積。