[發(fā)明專利]硅微納米結(jié)構(gòu)光電化學太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010132775.6
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN102201287A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭奎慶;王新
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M14/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅微納米結(jié)構(gòu)光電化學太陽能電池，屬于新能源技術(shù)與納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

面對全球能源短缺危機和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，世界各國積極研究和開發(fā)利用可再生能源，從而實現(xiàn)能源工業(yè)和社會的可持續(xù)發(fā)展。其中，太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為可再生能源的焦點。

目前商業(yè)化太陽能電池以單晶硅和非晶硅為主。當前，人們除大量應(yīng)用單晶硅太陽電池外[參見專利：專利號JP5243597-A；專利號KR2002072736-A]，還研制成功了多晶硅電池[參見專利：專利號US5949123-A]、非晶硅電池[參見專利：專利號JP2002124689-A；專利號US6307146-B1]、薄膜太陽電池等各種新型的電池[參見專利：專利號JP2002198549-A]，并且還再不斷地研制各種新材料、新結(jié)構(gòu)的太陽電池[參見專利：專利號DE19743692-A；DE19743692-A1]。在第三代低成本高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池研發(fā)競賽中，納米技術(shù)作為建造更好的太陽能電池的一種新方法出現(xiàn)了。1991年，瑞士洛桑高等理工學院Gratzel教授率先發(fā)明了二氧化鈦納米晶薄膜染料敏化太陽能電池[B.O’Regan，M.?A?low-cost，highefficiency?solar?cell?based?on?dye-sensitized?colloidal?TiO₂?films.Nature?1991，353，737-740]，其光電能量轉(zhuǎn)換率在AM?1.5模擬日光照射下可達7.1％，接近了多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率。2005年美國加州大學的楊培東教授課題組首次采用一維ZnO納米線作為太陽能電池的陽極材料，該電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達1.5％[M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，et?al.Nanowiredye-sensitized?solar?cells.Nature?Materials?2005，4，455-459]。2007年，美國圣母大學的Kamat等人將二氧化鈦的納米顆粒吸附于單壁式納米碳管上，利用納米碳管來引導(dǎo)光生電荷載子的流動，使電荷更容易到達電極成為電流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)太陽能電池紫外光轉(zhuǎn)換為電流的效率為僅使用二氧化鈦的兩倍[A.Kongkanand，R.M.Domínguez，P.V.Kamat，Single?Wall?CarbonNanotube?Scaffolds?for?Photoelectrochemical?Solar?Cells.Capture?and?Transport?of?PhotogeneratedElectrons?Nano?Letter?2007，7，676-680]。與其它半導(dǎo)體材料相比較，硅材料含量豐富而且廉價，同時與目前的半導(dǎo)體微加工工藝兼容，因此基于硅納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池正受到越來越多的重視。

在我們發(fā)明的大面積納米硅線制備技術(shù)和太陽能電池技術(shù)基礎(chǔ)上[參見：中國專利CN1382626；中國專利申請?zhí)?005100117533；中國專利申請?zhí)朇N200810084205.7]，我們?設(shè)計了一種基于我們具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)制備的鉑納米顆粒修飾與碳包覆硅微納米結(jié)構(gòu)光電化學太陽能電池；這種電池光吸收能力強、電化學性能穩(wěn)定、光電轉(zhuǎn)換效率高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的硅微納米結(jié)構(gòu)光電化學太陽能電池，它含有透光玻璃、ZnO:Al透明導(dǎo)電薄膜層、石墨層、絕緣封閉層、電解質(zhì)溶液、鉑納米顆粒修飾與碳包覆n型硅微納米結(jié)構(gòu)陣列層、n型硅基底層、Ti/Pd/Ag金屬膜歐姆接觸電極層，其特征在于：所述太陽能轉(zhuǎn)換裝置含有依次相疊的下述各層，

(1)透光玻璃層，其作用是透過太陽光；

(2)ZnO:Al透明導(dǎo)電薄膜層，其作用是作為引出電極；

(3)石墨層，其作用是作為輔助電極；

(4)絕緣封閉層，其作用是防止電解質(zhì)溶液泄漏；

(5)電解質(zhì)溶液，其作用是傳遞電荷；

(6)鉑納米顆粒修飾與碳包覆n型硅微納米結(jié)構(gòu)陣列層，位于n型硅基底之上，作為太陽能電池的光活性層；

(7)n型硅基底層，位于Ti/Pd/Ag金屬膜電極之上，其作用是作為太陽能電池的基區(qū)；

(8)Ti/Pd/Ag金屬膜歐姆接觸電極層，其作用是作為引出電極。

其主要特征在于電解質(zhì)溶液層和n型硅基底之間是鉑納米顆粒修飾與碳包覆n型硅微納米結(jié)構(gòu)陣列層。硅微納米結(jié)構(gòu)可以是硅微米線，硅納米線，硅微米洞，硅納米洞等陣列結(jié)構(gòu)。