[發明專利]改進的空穴遷移聚合物太陽能電池

無效

• 申請號: 201010228615.1
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101924185A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: M·N·米黑拉;B·塞爾班;V·G·杜米特魯
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范赤;李連濤

技術領域

本發明主要涉及一種電太陽能電池，更具體地涉及在太陽能電池聚合物中改進的空穴遷移。

背景技術

太陽能電池是將太陽能或光能轉化為電能的裝置。它們依靠眾所周知的光電效應這種物理現象來實現上述轉化，當光子碰撞一種合適的材料例如光電半導體時，導致電子-空穴對從材料逸出而發生光電轉化。

撞擊表面的光具有特征能量/光子，這基于光的頻率。如果在光子撞擊的材料中，電子從光子上獲得了足夠的能量以克服溢出功，或是電子的電子束縛能，則電子自由移位，且在光電材料中產生一個電子-空穴對。因此射出電子的能量依賴于撞擊材料的光子的頻率，射出電子的數目依賴于光的強度或是撞擊表面的光子的數目。

太陽能電池應用這種效應將光能或光子轉化為電流或是自由電子。在一種傳統的太陽能電池中，光子撞擊一種材料如硅，這導致電子得到自由，并沿一個方向流過電池以形成電流，這具體取決于太陽能電池的半導體結點結構。更特別的是，如果一個光子的能量大于硅材料的能帶隙或電子束縛能的話，就會釋放一個電子并有一個電子-空穴對形成。因為傳統的太陽能電池是通過使用如二極管中的p-n結形成的，當太陽能電池連接到一個電路或負載上時，所產生的電流只能單向流過太陽能電池。

雖然在早期的太陽能電池中硅是最常見的，但是較新的高效率太陽能電池中使用了其他的材料如其他的半導體材料、聚合物、甚至是光吸收染料如光電材料，試圖改進性能和降低制作成本或復雜度。雖然早期的太陽能電池的效率只在個位數范圍內，但是現代電池的效率范圍在理想條件下可達到30％-40％。效率的提高和成本的降低意味著在降低了太陽能電池消耗的材料和面積上的投入的同時能夠產生更多的電能，這使得它們成為更為理想的電能產生手段。

發明內容

本發明的一個實施方案實例包括一種太陽能電池，其包括光電材料和至少一個聚合物層。在進一步的實施方案中，第一聚合物層與光電材料電連接，并且具有高的缺陷密度以便于空穴遷移，并且第二層與第一聚合物層電連接，并且具有低的缺陷態密度以便于空穴傳輸。在另一個實施方案中，p-型聚合物層與光電材料電連接，并且被構造為具有通過改變聚合物晶格而降低的晶格重組能量。

附圖說明

圖1為一個從量子點光電材料到空穴導電聚合物的空穴遷移的例子，其與本發明的一個實施方案實施例一致。

圖2說明了量子點光電材料和空穴導電聚合物的能級，以及空穴導電聚合物中與能量相關的固有態密度，這與本發明的一些實施方案一致。

圖3說明了如圖2中所示的空穴導體的態密度的改變，其與本發明的一個實施方案實施例一致。

詳細描述

在以下本發明實施方案實施例的詳細描述中，本發明實施方案具體實施例要參考附圖和圖解。這些實施例描述了足夠多的細節，這使得本領域技術人員能夠實現本發明，并能夠說明怎樣將本發明用于多種目的或實施方案。存在本發明的其他實施方案，并也在本發明的范圍內，且可以在不脫離本發明主題或范圍的情況下做出邏輯的、機械的、電的或其他變化。然而，這里所描述的本發明的多種實施方案的特征或限定，對于其中它們被結合的實施方案實施例是必要的，但是并不限定本發明的其他實施方案或本發明總體，且任何對本發明的參考，它的元件、操作和應用并不限定本發明總體，而只是用于對這些實施方案實施例進行限定。因此，這些詳細描述并不限定本發明的范圍，本發明的范圍只由所附的權利要求所限定。

太陽能電池通過使用當具有合適能量的光子撞擊材料時能發射電子的材料，如半導體、聚合物或其他合適的材料，來將光轉化為電。當光子撞擊太陽能電池材料時，電子束縛能低于光子給予的能量的電子得到釋放，產生電子/空穴對，其可以通過導體電路傳送，如果電子-空穴對可以在其重組之前被分開，就可以產生電流。將外部電路通過如金屬的或聚合物的連線與太陽能電池材料相連，可以由太陽能電池驅動外部電路，其中太陽能電池材料在半導體太陽能電池中典型地包括p-n結，這使得電流只沿一個方向流動。在其他技術中，傳輸電極如聚合物將電子和空穴從量子點或其他光電材料輸送到電子電路。

在許多太陽能電池結構中，聚合物都被用作空穴傳輸電極，在發色團中在光的影響下產生空穴后，從發色團將空穴遷移到聚合物。發色團是太陽能電池材料中的一部分，其中分子軌道在可見光譜范圍內，這樣撞擊發色團的光可以被吸收，并將電子由基態激發到激發態。這樣的結構，舉例來說，可以是染料或量子點敏化的太陽能電池結構。在這些情況下，染料和量子點可以起到發色團的作用。