[實用新型]一種采用共振能量轉移層的寬波段太陽能電池結構

有效

• 申請號: 201520320773.8
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN204680697U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 楊洋;秦校軍;王一丹;趙志國;鄔俊波
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;中國華能集團公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本實用新型涉及一種太陽能電池器件，具體涉及一種采用共振能量轉移層的寬波段太陽能電池結構。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和其大量使用所帶來的一系列社會及環境問題，可再生的清潔能源的開發和利用已經成為當下一個急需探索的課題。太陽能光伏發電技術和產品在全球范圍內得到了高速增長，成為最具潛力的清潔能源。

如何高效地吸收各個波段的太陽光能量是太陽能電池面臨的一個重大問題。由于太陽光光譜的能量分布較寬，而一般的染料分子僅有一個主吸收峰，只有這個主吸收峰附近的波段才是強吸收波段。理論上，多結疊層太陽能電池可以有效地解決這個問題。但是，疊層太陽能電池仍然存在著諸多問題，例如更繁瑣的加工工藝，難以找到合適的中間層材料等等。

相比于多結疊層太陽能電池，單結太陽能電池的結構和工藝更加簡單，成本更加低廉。通過合理的結構設計，單結太陽能電池也能高效地吸收各個波段的太陽光能量。光電轉換的第一步是電子給體捕獲光子而被激發，但是單個電子給體主要捕獲波長位于其吸收峰附近的光子。為了最大限度地利用其他波長的太陽光能量，需要吸收峰有別于電子給體的添加劑來捕獲其它波長的光子。同時，該添加劑捕獲光子后還必須可以激發電子給體。

當一個熒光供體的發射光譜與一個熒光受體的激發光譜相重疊時，供體分子的激發可以誘發受體分子發出熒光，這種現象被稱為熒光共振能量轉移。通過檢測受體分子發出的熒光來研究分子之間的相互作用的技術已經被廣泛應用于細胞生理研究和免疫分析等領域。在共振能量轉移過程中，處于激發態的熒光供體可以把一部分或全部能量轉移給熒光受體，使熒光受體被激發。與光致發光材料激發相鄰分子不同的是，在整個熒光共振能量轉移過程中，不涉及光子的發射和重新吸收。通過選擇合適的熒光供體作為添加劑，可以有效地拓寬作為熒光受體的電子給體的吸收波段，進而更加有效地利用太陽能。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種采用共振能量轉移層的寬波段太陽能電池結構，該太陽能電池具有和雙結疊層太陽能電池一樣的寬波段吸收的效果，同時又避免了雙結疊層太陽能電池需要引入一個新的電池單元所帶來的復雜工藝，為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結構。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種采用共振能量轉移層的寬波段太陽能電池結構，包括依次連接的：透明玻璃基底、透明前電極層、空穴傳輸層、電子給體層，電子受體層、電子傳輸層和背電極；所述電子給體層的電子給體增加熒光給體作為添加劑，同時電子給體層的電子給體作為熒光受體間接接受添加劑吸收的能量，所述電子給體層的電子給體增加熒光給體后形成熒光共振能量轉移層，所述熒光共振能量轉移層和電子受體層形成活性層。

所述電子給體層的電子給體的材料采用吸收峰位于可見光長波長區間的材料。

所述熒光給體與電子給體層的兩個吸收峰相互疊加相互補充，形成了一個寬波段吸收譜組合，為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結構。

所述熒光共振能量轉移層產生電流的方法為：一部分光子直接被電子給體層的電子給體吸收并用于激發基態分子，另一部分光子則被熒光給體吸收，通過熒光共振能量轉移間接激發電子給體層的電子給體的基態分子；在此過程中，電子給體層的電子給體一方面作為光子吸收材料直接接受能量，同時也作為熒光受體來間接接受能量；無論是直接激發還是間接激發的電子給體分子，都能夠將電子傳遞給電子受體層從而實現電子-洞穴分離，進而產生電流。

所述活性層采用平面雙層異質結的結構。

所述熒光給體與電子給體間的距離小于10納米，熒光給體與電子給體層采用共混的單層結構。

所述共混的單層結構為量子點+酞菁的共混結構。

所述酞菁的吸收峰位于650-700納米，而量子點采用吸收峰位于500-550納米的材料。

和現有技術相比較，本實用新型具備如下優點：

本實用新型熒光共振能量轉移層通過有效的能量轉移，等于給電子給體層的電子給體材料變相引入了一個新的吸收峰，使得該太陽能電池具有和雙結疊層太陽能電池一樣的寬波段吸收的效果，同時又避免了雙結疊層太陽能電池需要引入一個新的電池單元所帶來的復雜工藝。為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結構。

附圖說明

圖1是本實用新型所述太陽能電池的結構。

圖2是本實用新型所述電池結構的一個實施范例。

具體實施方式