[發明專利]有機-二維晶體-無機雜化的異質結太陽能電池器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310178647.9
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103296211A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 張杰;孫寶全;鮑橋梁
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種有機-二維晶體-無機雜化的異質結太陽能電池器件及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，石油、煤炭、天然氣以及其他不可再生的資源已日益減少。研究和使用可再生資源變得越來越重要。現在已經有很多種可再生資源，比如核能、太陽能、生物能、水電能、風能、地熱能和潮汐能。在眾多新能源中，太陽能以其蘊藏量豐富，無地域限制，清潔無污染，增長最快速，環境最友好，且取之不盡等獨特的優勢成為研發和利用新能源的焦點。隨著科技的發展，一系列的太陽能設備紛紛投入市場，而太陽能電池卻以其能夠最大限度獲得并利用太陽能而成為最重要的光電產品。在過去的幾十年里，光電產業不斷的快速增長，如今，使用低成本材料以及簡單制造工藝的光電結構已經引起了越來越多的關注及興趣。

由于硅材料的原料成本低廉，儲備豐富、化學穩定、工藝成熟等優點，在大規模應用和工業生產中，以單晶硅和非晶硅為主的第一代硅基太陽能電池仍占據主導地位。單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，但由于受單晶硅材料價格及電池工藝影響，一方面單晶硅電池對硅片的純度要求高(99.999%)，而硅的價格與其純度成指數上升，致使單晶硅成本價格居高不下；另一方面，電池制作工藝繁瑣，使其大規模的商業應用受到了限制，要想大幅度降低其成本是非常困難的。而非晶硅具有光疲勞效應，故其太陽能電池的光電轉換效率隨光照而衰減[參見專利，專利號CN101262024A]。近年來，為了降低成本，簡化工藝，得到高效且穩定的太陽能電池，許多研究者從各個方面對其進行了研究，其中，使用二維層狀納米晶體材料對太陽能電池進行修飾，可以提高太陽能電池的電荷傳輸能力，降低電池內部的缺陷態密度，一定程度上提高了太陽能電池的效率，為太陽能電池的發展帶來了新的希望。

目前有研究對平面硅-有機導電高分子薄膜(聚3，4-乙撐二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT:PSS)雜化電池表面做了不同鈍化處理，并系統探索了太陽能電池的性能的變化。通過對SiO_X-Si和PEDOT:PSS之間的異質結的校正以及能帶的合適調整，有效的改善了電荷的傳輸性能，從而提升了太陽能電池的效率。然而當自然生成的SiO_X的厚度過于厚的時候，這層氧化層就會形成電荷勢壘，阻礙電荷的傳輸并同時降低太陽能電池的短路電流，開路電壓以及填充因子，從而降低了電池的效率。因此造成了這類太陽電池的光電轉換效率不是太高，最高效率在也只有10%左右。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種有機-二維晶體-無機雜化的異質結太陽能電池器件及其制備方法。

發明內容

為了改善SiO_X鈍化層帶來的缺陷處理的不足，本發明基于烷基鈍化處理研究表面，硅表面有機分子修飾鈍化生成的是單分子有機鈍化層，具有非常好的可控性；其次，有機單分子鈍化層具有非常好的穩定性，隨著電池工作時間的增加，其單分子鈍化層不會有任何變化，甚至可以耐強酸強堿和高溫。實驗結果證明這種方法制備的烷基化硅表面具有較高的烷基覆蓋率和化學穩定性，通過對其表面進行鈍化處理使其表面的能級結構、缺陷態密度、載流子復合速率和化學穩定性得到了有效的調控。然而由于烷基覆蓋率并不能完全達到100%的理想效果，缺陷態的密度并未得到完全的縮減，最高效率在也只有10%左右。

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種有機-二維晶體-無機雜化的異質結太陽能電池器件及其制備方法，其為在空氣中高效、穩定的二維層狀納米晶體材料摻雜共軛有機物-無機半導體結構的雜化太陽電池器件，以共軛有機物(如聚3,4二氧乙烯噻吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS))作空穴傳輸層，以n型平面硅作為電子傳輸層，以Bi₂Te₃，Bi₂Se₃，Sb₂Te₃，CoS₂等二維納米晶體材料摻雜于空穴傳輸層。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種有機-二維晶體-無機雜化的異質結太陽能電池器件，所述太陽能電池器件從下至上依次包括金屬背電極、n型硅基襯底、共軛有機物與二維層狀納米晶體材料均勻混合的有機共軛薄膜、以及金屬柵電極，其中：

所述金屬背電極與n型硅基襯底形成歐姆接觸，金屬背電極收集電子并引出電極，作為太陽能電池的陰極；

所述金屬柵電極收集空穴并引出電極，作為太陽能電池的陽極；