[發(fā)明專利]一種應用金屬納米粒子的光伏電池結構

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• 申請日: 2016-01-31
• 公開（公告）號: CN105514195A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 陳淑芬;胡文靜;張然;黃維;吳青蕾;于書洋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/055;B82Y30/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

技術領域

本發(fā)明公開了一種應用金屬納米粒子的光伏電池結構，屬于太陽能電池領域。

背景技術

21世紀，化石能源的不斷衰竭和造成的全球性污染問題迫使人類不斷尋找和開發(fā) 新能源和可再生清潔能源。在眾多新型能源中，太陽能清潔、能量無限大、受地域影響相對 較小等優(yōu)勢非常明顯。光電轉換是太陽能利用的主要方式，主要表現形式為太陽電池。

衡量有機太陽能電池性能優(yōu)劣的最主要因素就是光電轉換效率。現有的一些改進 手段如設計寬吸收窄帶隙給體材料、優(yōu)化電池結構、電極界面修飾等方法固然有效，但由于 窄帶隙材料吸收系數低、給受體能級不匹配造成的激子解離難、多膜層制備困難等一系列 問題制約了有機太陽能電池效率提升的空間。

發(fā)明內容

針對上述技術問題，本發(fā)明提出一種新型的太陽能電池結構，該種結構的太陽能 電池能夠大幅度提升太陽能電池的光電轉換效率。

為了實現上述技術目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種應用金屬納米粒子的光伏電池結構，包括從下到上依次布置的陽極層、空穴提取 層、活性層、電子提取層及陰極層，還包括金屬納米粒子，所述金屬納米粒子位于所述陽極 與空穴提取層之間的界面處、空穴提取層內、空穴提取層與活性層之間的界面處、活性層內 或活性層與電子提取層之間的界面處。

所述金屬納米粒子的形狀為球形、棒形、立方體形、八面體、四面體或三角盤形中 任意一種。

所述陽極層與空穴提取層之間的界面處、空穴提取層內、空穴提取層與活性層之 間的界面處、活性層內或活性層與電子提取層之間的界面處設中的任意一處設有一種或多 種上述形狀的金屬納米粒子。

所述空穴提取層與活性層之間界面處、活性層內或活性層與電子提取層之間界面 處中任意一處的金屬納米粒子包裹有電介質殼層。

所述電介質層為無機材料層或有機材料層。

所述陽極層采用表面鍍有ITO的玻璃基底層。

所述陰極層為不透明金屬電極層。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明一種應用金屬納米粒子的光伏電池結構，將具有等離子體效應的各種形貌納 米粒子引入光伏電池，有效提高對太陽光的利用率，實現光伏電池性能的大幅度提高。

2、本發(fā)明通過計算各種形貌金、銀納米顆粒的散射與吸收，以及引入納米顆粒對 于光伏電池內部局域場增強的幅度，確定了納米棒對寬光譜范圍的局域場均有較大的增 強、跨越波段最寬、且增強幅度顯著；立方狀納米粒子的共振波段位于活性層主要吸收區(qū) 域、局域場增強幅度最顯著。

附圖說明

圖1為有機太陽電池(OPV)結構示意圖；

其中，1、玻璃基底；2、氧化銦錫陽極層（ITO）；3、空穴提取層；4、活性層；5、電子提取層； 6、陰極層；

圖2為各種形狀的Au或Ag納米粒子的吸收；

圖3為各種形狀的Au或Ag納米粒子的散射；

圖4為波長700nm處各種形狀的Au或Ag納米粒子產生的局域場分布；

圖5為波長600nm處各種形狀的Au或Ag納米粒子產生的局域場分布；

圖6為波長500nm處各種形狀的Au或Ag納米粒子產生的局域場分布；

圖7為波長400nm處各種形狀的Au或Ag納米粒子產生的局域場分布；

圖8為三角盤形結構的Ag納米粒子（邊長30nm，厚度10nm）在其共振波長400nm處垂直 膜層方向上產生的最強局域場；

圖9為立方體形結構的Au納米粒子（邊長28nm）在其共振波長600nm處垂直膜層方向上 產生的最強局域場；

圖10為球形結構的Au納米粒子（直徑36nm）在其共振波長563nm處垂直膜層方向上產 生的最強局域場；

圖11為棒形結構的Au納米粒子（長/短軸39/23nm）在其共振波長600nm處垂直膜層方 向上產生的最強局域場；

圖12為八面體形的Au納米粒子（對角線36nm）在其共振波長600nm處垂直膜層方向上 產生的最強局域場；

圖13為折角的八面體形Au納米粒子（對角線36nm）在其共振波長600nm處垂直膜層方 向上產生的最強局域場；

圖14為四面體形的Au納米粒子（邊長36nm）在其共振波長654nm處垂直膜層方向上產 生的最強局域場。