[發明專利]納米結構太陽能電池

無效

• 申請號: 201010241882.2
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101924151A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: J·D·祖克;M·S·馬庫斯;Y·劉
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/0256;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉金鳳;王忠忠

背景技術

透明帶孔膜(例如TiO2納米粒子(NP)膜)作為電子導體已經在例如染料敏化太陽能電池的裝置中起著重要的作用。然而，從光吸收感光劑注入的電子沿著隨機的、曲折的傳輸路徑在眾多粒子邊界處遭受損耗。其他采用納米結構的太陽能電池裝置同樣遭受電子傳輸路徑中的低效。吸收體(即電子導體和空穴導體界面)處的重組損耗會限制現有技術的納米使能太陽能電池的全部效用。

附圖說明

圖1是根據示例實施例的納米結構太陽能電池的截面簡圖。

圖2是用于制造根據示例實施例的納米結構太陽能電池的方法的流程說明圖。

發明內容

在以下說明書中，對構成本說明書一部分的附圖進行參考，并且在附圖中通過舉例說明的方式示出可以實施的詳細實施例。這些實施例被描述得足夠詳細以使本領域技術人員能夠實施本發明，并且應當理解的是，可以利用其他的實施例以及在不脫離本發明范圍的情況下可以做出結構上的、邏輯上的、電氣上的改變。因此，對示例實施例的如下說明不應當被認為是限定的意思，并且本發明的范圍由所附權利要求限定。

圖1是納米結構太陽能電池100的截面框圖表示。在一個實施例中，太陽能電池100具有第一電極110。導電納米結構膜115陣列電耦合到第一電極110并由第一電極110支撐。在一個實施例中，納米結構膜115包括納米線、納米管，或兩者的組合。可以諸如以行和列來安排膜，或者在不同的實施例中可以是具有平均間距的稍微隨機排列。將多個納米晶體吸收體120(僅僅一個用附圖標記120示出)附著到電子導電納米結構膜115。納米晶體光吸收體的例子包括，但不限于：半導體量子點，連續半導體薄膜和非連續半導體薄膜。空穴導電材料125被配置或擴散在電子導電納米結構膜115之間。在一實施例中納米結構膜115提供高度紋理化的表面，從而使得膜的表面面積大大增大。空穴導電材料125因此滲入到膜的紋理化表面之間和之內。第二電極130電耦合到空穴導電材料125。

在一實施例中，第一電極110可以是透明的，并且組成陽極，而第二電極130組成陰極。第一電極110可以采用涂敷在柔性基板上的氧化氟錫(fluorinated?tin?oxide)或氧化銦錫來形成。在另一實施例中，基板可以由玻璃制成，具有電耦合到納米結構膜115的導電頂層。在一實施例中，第二電極由具有一定鈦的鉑形成。

在一實施例中，第二電極可具有反射性，從而使得通過第一電極110進入的光可以被納米晶體吸收體120吸收以生成電子空穴對，并且未被這樣吸收的光通過膜115被反射回，其中一些也被納米晶體吸收體120吸收以生成另外的電子空穴對。

在一實施例中，膜115包括具有部分均勻的納米孔結構的納米管和/或納米線的規則陣列，部分均勻的納米孔結構允許納米晶體光吸收材料的生長路徑或附著路徑以及空穴導電媒介的更好的滲透。可以采用溶液生長或陽極電鍍工藝以自組裝的方式在第一電極110上形成納米線或納米管。在不同的實施例中可以采用諸如TiO₂或ZnO的明顯透明的寬帶隙半導體來形成膜115。膜115提供大表面面積的帶孔電子導電表面。在一實施例中，該膜具有大約0.5到10μm的厚度。

然后納米晶體光吸收體可以通過化學浴沉積(CBD)、選擇性離子層吸附和反應(SIL?AR)、化學氣相沉積工藝或通過自組裝直接生長或形成在膜115上。通過在電子導電膜結構上直接形成或生長光吸收體，納米晶體光吸收體120變得附著在電子導電結構的表面并且形成有效的電子導電路徑，從而允許沒有顯著重組的傳輸。限制電子重組增強了設備的性能和效用。

在一實施例中，空穴導電材料125包括具有開放的孔的帶孔材料和空穴導電流體。在多種實施例中空穴導電流體包括含水電解質、離子液、凝膠電解質和聚合物中的至少一種。帶孔材料是規則的導電納米結構膜陣列的一部分并且可以對納米線和納米管的至少之一提供支撐。空穴導電材料125和第二電極130提供空穴導電路徑。

這種納米線或納米管膜115提供了用作電子導體的規則納米結構。在一些實施例中，納米結構具有更連續和整齊的晶體結構，從而為電子傳輸提供了直接的路徑。這種納米結構也可以提供相對于平面膜而言反向的孔結構。這種孔結構使空穴導電材料更容易滲透，因此為空穴和空穴導電材料的施加提供了同樣有效的傳輸路徑。