[發明專利]一種機械式疊層太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710206732.X
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106887482B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 楊英;高菁;郭學益;張政;潘德群
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/18
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 張慧;趙靜華

一種機械式疊層太陽能電池及其制備方法，本發明之機械式疊層太陽能電池，為頂層透明鈣鈦礦太陽能電池和底層異質結量子點太陽能電池的機械式疊層太陽能電池；所述頂層透明鈣鈦礦太陽能電池自上而下依次包括透明對電極、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、二氧化鈦電子傳輸層、FTO透明導電玻璃；所述底層異質結量子點太陽能電池自上而下依次包括FTO透明導電玻璃、TiO₂光陽極、p?n量子點異質結、Ag對電極。本發明還包括所述機械式疊層太陽能電池的制備方法。本發明整個疊層太陽能電池制備過程采用全溶液法，具有制備工藝簡單、低能耗、低成本等優點，可以有效提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率并使其具有更大的市場應用潛力。

技術領域

本發明涉及太陽能電池及其制備技術領域，尤其涉及一種透明鈣鈦礦電池和異質結量子點電池的機械式疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術

新型有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池由于其效率高，成本低、工藝簡單以及環境友好等優點，成為新能源器件領域的研究熱點。2006年，Miyasaka 教授等首次提出以鈣鈦礦型無機/有機雜化材料有機鉛鹵化物（ABX₃: A = CH₃NH₃, B=Pb, X=Cl, I, Br）為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池。此后，無機/有機雜化鈣鈦礦材料在光電領域迅速得到了廣泛和深入的研究。鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率在短短6年內超過22%，成為19世紀70年代以來光伏技術領域最有意義的突破。單結鈣鈦礦太陽能電池的理論基極限效率為25%-31%，因此要進一步提高其效率會更加困難，發展鈣鈦礦疊層太陽電池將是鈣鈦礦太陽能電池研究領域的一個重要方向。

當前鈣鈦礦疊層太陽能電池的研究主要是將鈣鈦礦太陽能電池和傳統的硅太陽能電池或銅銦鎵錫（CIGS）太陽能電池等相結合。瑞士洛桑聯邦理工大學ChristopheBallif教授課題組制備出鈣鈦礦/硅四電極斷點疊層太陽能電池，器件受光面積為0.25cm²時效率為25.2%（DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00254）。斯坦福大學Michael D.McGehee教授課題組制備出效率為18.6%的鈣鈦礦/銅銦鎵錫機械式疊層天陽能電池（DOI:10.1039/c4ee03322a）。盡管將鈣鈦礦與技術成熟的單晶硅或CIGS太陽能電池結合制備出相應的疊層太陽能電池，可以一定程度的提高光電轉換效率，但CIGS太陽能電池制備流程復雜、制備周期長且關鍵原材料產量低，同時單晶硅太陽能電池也存在硅消耗量大，投資成本高，生產過程排放有毒物質等諸多問題。

其次，實現太陽能電池高轉化效率的重要途徑就是盡可能提高對太陽光的利用率，實現對可見光子、紫外光子和低能紅外光子的充分利用。目前改性的鈣鈦礦材料或復合吸光劑用以拓展鈣鈦礦太陽能電池的吸光范圍已取得一定的研究進展，但由于改性后的光陽極存在較為突出的電子復合問題，使得器件光效率的提升并不是很理想。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種成本較低，光電轉化效率較高的機械式疊層太陽能電池及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種機械式疊層太陽能電池，為頂層透明鈣鈦礦太陽能電池和底層異質結量子點太陽能電池的機械式疊層太陽能電池；所述頂層透明鈣鈦礦太陽能電池自上而下依次包括透明對電極、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、二氧化鈦（TiO₂）電子傳輸層、FTO透明導電玻璃；所述底層異質結量子點太陽能電池自上而下依次包括FTO透明導電玻璃、TiO₂光陽極、p-n量子點異質結、Ag對電極；所述p-n量子點異質結自上而下依次包括電子傳輸層和空穴傳輸層。所述機械式疊層太陽能電池由頂層透明鈣鈦礦太陽能電池及底層異質結量子點太陽能電池的FTO透明導電玻璃相互粘結而成，從頂層透明鈣鈦礦太陽能電池引出一對電極，同時從底層異質結量子點太陽能電池引出另一對電極，構成四個電極端點的機械式疊層太陽能電池。