[發明專利]疊層型太陽能電池

無效

• 申請號: 200980135687.7
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN102150293A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 林慎也;內田聰一;中村勉
• 申請（專利權）人: 吉坤日礦日石能源株式會社
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及疊層型(tandem)太陽能電池。特別地，本發明涉及包含至少兩個子電池的疊層型太陽能電池。

背景技術

近年來，由于能源和CO₂相關的各種問題變得嚴重，已經尋求經濟的和全球環境負荷較小的新能源開發。在這種情況下，太陽能電池由于它們資源供應取之不盡，并且不伴有CO₂排放，因此已經被期望為新的清潔能源。其中，硅基無機太陽能電池能量轉換效率相對高，因此已經投入實際使用。然而，由于它的高生產成本，其還沒有廣泛使用。同時，有機薄膜太陽能電池的轉換效率仍然較差，但是已經進行了這種太陽能電池的研究與開發，因為該電池可以以簡單和廉價的方法大面積生產。

傳統的有機薄膜太陽能電池顯示出相對高的轉換效率，如在以下報道中所述：其中將被稱為PCBM的作為電子輸送材料的富勒烯衍生物和被稱為P3HT的作為空穴輸送材料的聚(3-己基噻吩)在溶液中混合并且通過旋轉涂膜法在基板上形成膜從而形成本體異質結的報道(參見以下非專利文獻1)和其中將作為電子輸送材料的芘衍生物(PTCBI)和作為空穴輸送材料的酞菁共沉積使得形成本體異質結的報道(參見以下非專利文獻2)。然而，這些太陽能電池的轉換效率仍然低于硅基無機太陽能電池的轉換效率。因此，目前為了有機薄膜太陽能電池的實用化，轉換效率的顯著改進是重要課題。

同時，通過串聯電連接兩個以上子電池(subcell)構造疊層型太陽能電池，使得來自各子電池的開路電壓累加，因此可以期望改進開路電壓。因此認為疊層型太陽能電池是改進轉換效率的有效手段。此外，通過疊置子電池也可以期望光使用效率的改進。然而，短路電流受到最小子電池的短路電流限制，因此考慮到各子電池的吸收范圍或效率需要優化子電池種類的選擇、子電池的疊置次序和子電池上的膜厚度。此外，為了電連接子電池，子電池之間必需配置中間層中。為了得到更高的效率還必須優化用于中間層的化合物和其厚度。

先有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：″Science″，pp?1474-1476，vol.258，1992，by?N.S.Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，F.Wudl

非專利文獻2：″Appl.Phys.Lett″，pp?1062，vol.58，1991，byM.Hiramoto，H.Fujiwara，M.Yokoyama

發明內容

發明要解決的問題

當構造疊層型太陽能電池時，必須串聯電連接兩個以上的子電池，并在兩個相鄰的子電池之間配置中間層。該中間層是從前方的子電池注入的電子與從后方的子電池注入的空穴重新結合的地方。該中間層優選是透明的或半透明的或盡可能薄的，使得入射光可以到達后方的子電池。如果空穴是從前方的子電池注入或電子是從后方的子電池注入該中間層，該疊層型太陽能電池不能充分展示其性能。

用于解決問題的方案

空穴或電子必須是完全阻隔的，使得不允許空穴從前方的子電池注入或不允許電子從后方的子電池注入進中間層。

特別地，在其中包含于子電池中的電子輸送材料和空穴輸送材料形成本體異質結的情況下，這些材料在子電池的表面上混合，使得難以完全阻隔空穴或電子。

作為以下發現的結果完成本發明：通過在空穴阻隔層或電子阻隔層形成之前即刻觀察子電池的表面凹凸，然后形成具有等于或大于子電池上表面凹凸高度的最大值的厚度的空穴阻隔層或電子阻隔層，能夠實現完全地空穴或電子阻隔。

也就是說，本發明涉及一種疊層型太陽能電池，其包含一對電極、至少兩個以上子電池、各自配置在相鄰的兩個子電池之間的中間層，至少一層所述中間層具有空穴阻隔層或電子阻隔層。

本發明還涉及上述疊層型太陽能電池，其中所述空穴阻隔層的厚度大于在該空穴阻隔層形成之前即刻的子電池表面凹凸高度的最大值。

本發明還涉及上述疊層型太陽能電池，其中所述電子阻隔層的厚度大于在該電子阻隔層形成之前即刻的子電池表面凹凸高度的最大值。

本發明還涉及上述疊層型太陽能電池，其中其具有至少一個以上具有由電子輸送材料和空穴輸送材料形成的本體異質結的子電池。

本發明還涉及上述疊層型太陽能電池，其中存在于第x個子電池中的電子輸送材料和空穴輸送材料具有本體異質結，并且第x層中間層具有空穴阻隔層或電子阻隔層。

本發明還涉及上述疊層型太陽能電池，其中至少一個子電池包含導電性高分子。