[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510960265.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105609643B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;曾軍堂;葉任海;陳兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 永春新盛環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L51/46
• 分類號(hào): H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 深圳市蘭鋒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44419
• 代理人: 曹明蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏材料領(lǐng)域，特別涉及一種鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池及制備方法。

背景技術(shù)

在化石燃料日趨減少的情況下，太陽(yáng)能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽(yáng)能電池的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將太陽(yáng)能直接有效地轉(zhuǎn)化為電能供人類使用。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是由鈣鈦礦作為吸收層而命名的，它由染料敏化電池發(fā)展而來(lái)，截止2013年，鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率在5年的時(shí)間內(nèi)從3.8%迅速提高到經(jīng)過(guò)認(rèn)證的16.2%。鈣鈦礦材料在電池中起著十分重要的作用，鈣鈦礦晶體為ABX₃結(jié)構(gòu)，一般為立方體或八面體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5eV附近，吸收系數(shù)高達(dá)10⁵，在可見(jiàn)光區(qū)域 400-800nm吸收能力較好，并且在藍(lán)光波段的光的吸收效果明顯優(yōu)于硅太陽(yáng)能電池。但是，在紫外 300-400nm， 及近紅外區(qū)域 800-1400nm 的吸收比較少，所以，要改善鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，需要增加鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在可見(jiàn)光區(qū)域的光吸收以及拓展其在紫外和紅外光區(qū)域的光吸收效率。

為了提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)紫外及紅外光區(qū)域太陽(yáng)光的吸光能力弱及光電轉(zhuǎn)化效率低的缺陷， 同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可見(jiàn)光區(qū)域太陽(yáng)光的吸收，現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)104576929A公開(kāi)了一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點(diǎn)疊層太陽(yáng)電池及其制備方法。電池是由透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦層、硫化鉛量子點(diǎn)層和金屬對(duì)電極組成，通過(guò)鈣鈦礦和硫化鉛兩種吸光層復(fù)合，拓展了光譜范圍，增強(qiáng)光電流，獲得疊層電池。然而，這種結(jié)構(gòu)上進(jìn)行堆疊的電池在制備過(guò)程中容易出現(xiàn)兩種吸光層之間的接觸不夠緊密，層間易產(chǎn)生缺陷，嚴(yán)重影響了電池光電轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性，造成電池效率不均一，重復(fù)性差。

中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)104409642A公開(kāi)了一種鈣鈦礦/P 型量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制備方法，采用了 p 型半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料替代昂貴的有機(jī)空穴傳輸材料，能有效分離太陽(yáng)能電池中的光生載流子，降低電子與空穴的復(fù)合，顯著提高填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率。但是，專利公開(kāi)的方案中也只是將量子點(diǎn)膠體涂覆在鈣鈦礦表面，在制備過(guò)程中仍然容易出現(xiàn)接觸不緊密，量子點(diǎn)層與鈣鈦礦層之間存在眾多雜質(zhì)和懸掛鍵，導(dǎo)致電池中存在眾多電子-空穴復(fù)合中心，致使制備的電池效率不均一。

此外，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)104183704A公開(kāi)了一種量子點(diǎn)共敏化型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法， 將量子點(diǎn)作為吸收劑與具有可見(jiàn)光吸收特性的鈣鈦礦相結(jié)合，達(dá)到擴(kuò)展或增強(qiáng)鈣鈦礦吸光范圍、 同時(shí)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的目的。然而，專利公開(kāi)的方案中，只是簡(jiǎn)單地在光陽(yáng)極TiO₂上先用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法制備量子點(diǎn)，再在其上覆蓋鈣鈦礦層。這種工藝容易造成三種界面：光陽(yáng)極/量子點(diǎn)界面；量子點(diǎn)/鈣鈦礦界面和光陽(yáng)極/鈣鈦礦界面，這些界面存在更多的晶界缺陷，將引入復(fù)合中心，并且分布不均勻，導(dǎo)致電池不同區(qū)域?qū)μ?yáng)光的吸收不均勻，最終導(dǎo)致電池效率不均一。

綜上所述，現(xiàn)有制備量子點(diǎn)/鈣鈦礦復(fù)合太陽(yáng)能電池技術(shù)中還沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)能夠在不引入附加缺陷的情況下，充分的利用量子點(diǎn)的寬吸收域和鈣鈦礦制備簡(jiǎn)單的共同優(yōu)勢(shì)，獲得高效率的電池。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述的不足和缺陷，本發(fā)明采用鈣鈦礦包裹量子點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的吸光層，克服了現(xiàn)有技術(shù)中量子點(diǎn)與鈣鈦礦層接觸區(qū)域存在缺陷眾多、光電轉(zhuǎn)化效率低的缺陷，提高量子點(diǎn)與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層的接觸面積，并且利用了鈣鈦礦可以作為空穴傳輸層的優(yōu)勢(shì)，提高光空穴分離的效率，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)一步，通過(guò)改變量子點(diǎn)的大小對(duì)太陽(yáng)光譜裁剪，分波長(zhǎng)范圍吸收，提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收效率。本發(fā)明實(shí)施例提供一種鈣鈦礦包裹P型量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制備方法，使用該方法制備的太陽(yáng)能電池， 光電轉(zhuǎn)化效率提高。

一方面，本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池按照下述順序由透明導(dǎo)電基底、致密電子傳輸層，復(fù)合吸光層和金屬電極層組成，其中，所述復(fù)合吸光層是由鈣鈦礦包裹P 型半導(dǎo)體量子點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)組成。

優(yōu)選的，所述復(fù)合吸光層的厚度為500-1500nm。

優(yōu)選的，所述核殼結(jié)構(gòu)為尺寸為50-150nm球體，其中，所述P型半導(dǎo)體量子點(diǎn)尺寸為3.5-20nm，位于所述球體內(nèi)部。

優(yōu)選的，所述致密電子傳輸層為厚度為300-500nm的n型金屬氧化物半導(dǎo)體層。

優(yōu)選的，所述金屬氧化物半導(dǎo)體為TiO₂、ZnO、ZrO中的其中一種。