[發明專利]一種高轉化效率的太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201410241013.8
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104091692A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 劉力鋒;王逸然;王國輝;韓德棟;王漪;劉曉彥;康晉鋒
• 申請（專利權）人: 上海北京大學微電子研究院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01M12/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及太陽能光電利用技術領域，更具體涉及一種高轉化效率的太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池的光電轉換效率一直是研究者關注的焦點。針對染料敏化納米太陽能電池，新型的器件轉換效率能達到11％以上，但研究者認為仍有提升空間。影響染料敏化納米太陽能電池轉換效率的主要因素為器件工作時暗電流的產生，因此抑制暗電流將成為提升染料敏化納米太陽能電池轉化效率的有效途徑。

在光電流的產生中，染料收到光激發將會從基態躍遷到激發態，并且釋放出電子。由于染料的最低未占分子軌道能級高于金屬氧化物導帶電位，因此該電子將會注入半導體導帶中。處于氧化態的染料將由電解質中的I-離子進行還原再生。然而，I-離子的生成除了由I3-離子在對電極上實現電子再生，即I3-+2e-(CB)→3I-外，還會以同樣的反應形式將納米晶膜中傳輸的電子吸收，造成暗電流的產生，從而使得光電轉化效率降低。這種情況將無論是在金屬氧化物納米晶表面還是導電薄膜基底上都會進行。

現有技術中有將干電池與染料敏化納米太陽能電池串聯來抑制暗電流產生的案例，然而干電池一方面不適用于太陽能電池集成，另一方面也造成生產工藝的改變。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種高轉化效率的太陽能電池，所述高轉化效率的太陽能電池包括：染料敏化電區域和鈣鈦礦電池區域。所述高轉化效率的太陽能電池能在提高太陽能電池中染料敏化區域光電轉換效率的同時，實現工藝兼容化，溶膠凝膠化，降低制造成本，利于大面積制造。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高轉化效率的太陽能電池，其特征在于，所述高轉化效率的太陽能電池包括：染料敏化電區域、鈣鈦礦電池區域和透明導電氧化物層6；所述染料敏化電區域和鈣鈦礦電池區域通過所述透明導電氧化物層6連接；所述染料敏化電區域包括：負極部件玻璃基底1、透明導電膜層2、吸附染料的金屬氧化物顆粒層3、電解質溶液層4和Pt電極層5；所述鈣鈦礦電池區域包括：金屬氧化物層7、鈣鈦礦膜層8、空穴傳輸層9和正極部件；所述正極部件包括：透明導電薄膜層10和正極玻璃基底11。

優選地，所述透明導電膜層2為摻F的氧化錫層或其他透明導電氧化物薄膜。

優選地，所述吸附染料的金屬氧化物顆粒層3中的金屬氧化物顆粒為TiO2顆粒。

優選地，所述金屬氧化物層7為BaTiO₃層、ZnO層或SnO₂層。

優選地，所述鈣鈦礦膜層8為CH₃NH₃PbI₃層、CH₃NH₃PbBr₃層或CH₃NH₃PbCl₃層。

優選地，所述空穴傳輸層9為2,2',7,7'-四[N,N-二氨基]-9,9'-螺二芴層。

優選地，所述透明導電薄膜層10為背電極接觸摻Sn的氧化銦層。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種制備高轉化效率的太陽能電池的方法，所述方法分為如下步驟：

對含有摻F的氧化錫導電薄膜層的玻璃基底進行超聲清洗；

對清洗后的玻璃基底進行烘干；

使用溶膠凝膠工藝，在玻璃基底摻F的氧化錫導電薄膜層上淀積金屬氧化物顆粒層3，作為部件甲；

使用溶膠凝膠工藝，依次在負極部件玻璃基底1上制備透明導電薄膜層10、空穴傳輸層9、鈣鈦礦膜層8、金屬氧化物層7和透明導電氧化物層6；

在透明導電氧化物層6上淀積Pt電極層5，作為部件乙；

將兩部件甲、乙進行組裝，裝注電解質溶液層4和吸附染料的金屬氧化物顆粒層3，并進行密封。

(三)有益效果

本發明所述高轉化效率的太陽能電池具備以下功效：

(1)鈣鈦礦電池區域向染料敏化電區域施加偏壓，為染料敏化區域提供了電子供應，在其Pt層正極處加強了I-的還原反應，即I3-+2e-(CB)→3I-，使得產生的I-能盡快對激發態的染料進行還原再生，產生更多的光電子，抑制了染料敏化區域內部的暗電流，提高了光電轉化效率。

(2)鈣鈦礦電池區域的全溶膠凝膠化能有效地與染料敏化電池區域的制備工藝結合，簡化了生產步驟，降低了成本，適用于工業生產，適用于大面積制造。