[發明專利]具有高效電荷分離層的光伏電池

在審

• 申請號: 201410246001.4
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104021941A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 孟慶波;許信;谷林;肖俊彥;李冬梅;李泓;羅艷紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;康正德

技術領域

本發明涉及光電轉化技術領域，特別是涉及一種具有高效電荷分離層的光伏電池。

背景技術

如何滿足日益增長的能源需求是人類在二十一世紀面臨的一個重要課題，隨著煤炭、石油、天然氣等傳統能源日益枯竭，需要考慮發展新的能源獲取方式來為人類社會的可持續發展提供動力。在諸多新能源中，太陽能以其豐富的儲量、清潔、無污染的優點和較小的地域限制而受到廣泛的關注。光伏器件作為利用太陽能的主要方式之一受到了廣泛的關注。發展高效率具有高光電轉化效率的光伏電池是太陽能電池技術走向大規模應用的關鍵。

目前市場上的光伏電池主要為晶體硅電池，主要利用pn結原理。其基本結構由p型硅基板，n型發射極，抗反射層和銀電極組成。該類電池具有較高的能量轉化效率和較長的使用壽命。然而該類電池在工業化生產過程中具有高能耗、高污染、高成本的問題，因此并不利于可持續發展。

M.Gratzel等制備出第三代新型薄膜太陽能電池，電池結構由FTO透明導電玻璃，電子接收層多孔TiO₂，染料分子，電解液和對電極構成。其中染料分子吸收太陽光產生光生載流子，電子擴散注入到TiO₂中，經由FTO到外電路負載，另外染料在電解液界面發生氧化還原反應，重新得到電子，從而保持整個電路的平衡。近兩年來鈣鈦礦有機金屬鹵化物(CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))材料以其優異的光電性能吸引了人們的關注。H.Snaith等人將鈣鈦礦有機金屬鹵化物作為吸光層，用固態電解質代替液態電解液，制備了全固態的鈣鈦礦電池，取得了很高的光電轉化效率。

然而，該類薄膜太陽能電池由納米尺寸的粒子組成，具有非常大的比表面積，其表面的晶體缺陷會成為光生載流子的復合中心，影響電荷的有效分離。光生載流子在電池內部的復合損失是制約電池效率的主要因素，尤其是在n型層中的n型電子受體(即n型電子傳輸材料)和吸光層之間的載流子復合非常嚴重。目前主要利用TiCl₄，ZnS等處理電子受體表面，達到減小表面態的作用，其處理的對象較為有限。因此需要發明一種新型的具有高效電荷分離的電池結構。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種新型結構的光伏電池。

本發明另一個的目的是提供一種具有較高的光電轉化效率的光伏電池。

為了實現上述目的，本發明提供了一種具有高效電荷分離層的光伏電池，包括：一種光伏電池，包括用于產生光生電子的吸光材料以及用于接收并傳輸所述光生電子的n型電子傳輸材料，其還包括形成在所述n型電子傳輸材料與所述吸光材料之間的由電子-空穴對分離材料形成的電荷分離薄膜層。

可選地，所述n型電子傳輸材料形成一n型平面薄膜層，所述吸光材料形成一吸光平面薄膜層，所述電荷分離薄膜層形成在所述n型平面薄膜層與所述吸光平面薄膜層之間。

可選地，所述n型電子傳輸材料形成一n型多孔支架層，所述吸光材料填充在所述n型多孔支架層中，所述電荷分離薄膜層形成在至少部分所述吸光材料與所述n型電子傳輸材料之間。

可選地，所述n型電子傳輸材料形成一n型多孔支架層，所述吸光材料為量子點，所述量子點分布在所述n型多孔支架層中，所述電荷分離薄膜層形成在至少部分所述量子點與所述n型電子傳輸材料之間。

可選地，所述n型電子傳輸材料形成一n型多孔支架層，所述吸光材料為染料，所述染料附著在所述n型多孔支架層中，所述電荷分離薄膜層形成在至少部分所述染料與所述n型電子傳輸材料之間。

可選地，所述電子-空穴對分離材料為具有層狀空間結構的半導體材料，且所述半導體材料的能帶結構的導帶和價帶分別由不同原子的電子軌道構成。

可選地，所述電子-空穴對分離材料由PbI₂，HgI₂，BiI₃，SnS₂，SnSe₂，CdI₂中的一種或多種材料形成。

可選地，所述電荷分離薄膜層的厚度小于1000nm；優選小于100nm；更優選為小于50nm。

可選地，所述吸光材料為具有鈣鈦礦結構的有機金屬半導體吸光材料。

可選地，所述電荷分離薄膜層利用原子層沉積、連續離子層吸附反應法或蒸鍍法在所述n型電子傳輸材料的表面形成。

與現有的光伏電池相比，本發明至少具有如下優點：

(1)結構新穎，制備簡單。