[發明專利]提高太陽電池電流密度和電池效率的方法及電池結構

有效

• 申請號: 201310127983.0
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103219401B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 劉生忠;馬強;朱學杰;任小東;張豆豆;李燦
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學;中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種納米微碳結構、金屬納米顆粒和透明導電薄膜組合結構的制備方法及電池結構，具體說，是涉及一種用化學修飾的方法使透明導電薄膜光電轉換效率增強來提高太陽電池的電流密度和電池效率。

背景技術

導電玻璃如ITO、FTO廣泛的應用于眾多領域，比如顯示、通訊、醫療、宇航、軍事以及太陽電池等方面。但ITO和FTO也存在諸多問題：（1）地球上可供使用的金屬銦的儲量只有2萬噸，比稀土（儲量為2.4萬噸）更少，導致太陽電池的制造成本越來越高；（2）ITO和FTO在酸或堿的條件下不夠穩定，導致其可使用的范圍有限；（3）離子很容易擴散到聚合物層；（4）在近紅外區域的透光性比較有限，導致太陽光不能充分利用；（5）由于FTO結構上的缺陷容易引起電流泄漏。基于以上原因，FTO做襯底在使用過程中均會導致電流密度和電池效率降低，最終使得太陽電池的效率降低。為此，人們需要尋找一種新型的薄膜材料，可以用來提高太陽光的透射率，且要具備較高的穩定性、高透光率和良好的導電性。

單壁納米管、雙壁納米管、多壁納米管、C₆₀、C₇₀、C₈₄……C₂₄₀、C₅₄₀等統稱富勒烯，是完全由碳組成的中空的球型、橢球型、柱型或管狀分子的總稱。管狀的叫做碳納米管或巴基管。富勒烯在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環還有五元環，偶爾還有七元環。在可以大量生產C₆₀后其很多性質被發現，很快Haddon等人發現堿金屬摻雜的C₆₀有金屬行為，1991年發現鉀摻雜的C₆₀在18K時有超導行為，這是迄今最高的分子超導溫度，之后大量的金屬摻雜富勒烯的超導性質被發現。

石墨烯在2004年被英國科學家發現，其基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六環結構，是目前最理想的二維納米材料。石墨烯材料有許多優異的特性，比如它的理論比表面積高達2600m²/g，具有突出的導熱性能（3000W/(m·K)）和力學性能（1060GPa），以及室溫下高速的電子遷移率（15000cm/(V·s)）。石墨烯特殊的結構，使其具有完美的量子隧道效應、半整數的量子霍爾效應、從不消失的電導率等一系列性質，從而引起了科學界的巨大興趣。它展現出的較為明顯的電子特性，使它可以應用于未來的光電設備中。

現有技術中，在太陽能電池組件中的太陽能光電轉換一般都是通過半導體材料如硅對太陽能光譜的吸收實現的。硅材料制備的太陽電池效率理論上限約為30%，現有工藝水平制備的太陽電池效率與理論極限接近，很難有進一步的提高。但是如果能提高太陽電池及組件的光利用率，則可以在低成本下提高太陽電池組件的發電量。大部分太陽電池組件中的一個重要組成部分是太陽能玻璃蓋板。其對太陽光的透光率越高，對太陽電池的轉換效率越有利。所以如何提高玻璃和組件的陷光能力，使更多的太陽光透過玻璃，從而能夠使得更多的太陽光到達吸光層被吸收，提高光電轉換效率，已成為了研究提高太陽電池效率的重點問題。

因此，需要提供一種能夠提高太陽電池對光的利用率的光電材料，從而能夠提高太陽電池的轉化效率，降低成本。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種提高太陽電池電流密度和電池效率的方法及電池結構，其通過在電池表面上設置一層由納米微碳結構、金屬微納米顆粒或透明導電薄膜的至少一種或多種組成的組合結構，來增強電池的光利用效率。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

本發明的該種提高太陽電池電流密度和電池效率的方法，其特征在于，通過在電池表面上設有一層由納米微碳結構、金屬微納米顆粒或透明導電薄膜的至少一種或多種組成的組合結構，增強電池的光利用效率；所述組合結構直接制備在電池上表面，或者將其制備到一個獨立的結構上，然后將該結構放置在電池上方。

上述納米微碳結構是指：尺寸在1nm～100nm之間，單層或多層的片狀或層狀碳結構、單壁或多壁的碳結構、由數量不等的碳原子組成的球形、管狀、棒狀、線狀、條狀、花狀、片狀、層狀、齒狀或須狀的碳結構。

上述金屬微納米顆粒是指：尺寸在10nm～500nm之間，元素周期表中的主族元素:IA、IIA、IIIA、IVA、副族和鑭系和錒系金屬元素的一種或多種的組合。

上述透明導電薄膜是指：透光率大于70%，電阻率在10^-5Ω·cm數量級的薄膜。