[發明專利]一種抗輻照的鈣鈦礦太陽能電池

在審

• 申請號: 201810933139.X
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109065734A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 顧兵;曹曦;薛玉雄;黃光光;徐淑宏;芮光浩;楊生勝;王光毅;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學;蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明公開了一種抗輻照的鈣鈦礦太陽能電池，所述的太陽能電池自下而上依次設有導電玻璃電極層，電子傳輸層，鈣鈦礦光敏層和碳電極，所述的電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層和碳電極中均填充有鈣鈦礦材料；本發明中鈣鈦礦太陽能電池具有良好的光電性能，同時抗輻照性能優異；無需借助其它添加材料，而且制備過程簡易、材料成本低。

技術領域

本發明涉及空間能源利用技術領域，尤其涉及一種具有優良抗輻照性能的鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

隨著社會的進步和科技的發展，對于電能的需求愈來愈大，同時迫切需要特殊工作環境(比如太空)下的電能。清潔能源之一的太陽能轉化為電能是關注的重點。太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結內建電場的作用下，光生空穴流向p區，光生電子流向n區，接通電路后就產生電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。目前常見的太陽能電池有硅電池、碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池、染料敏化電池等。而近幾年來用鈣鈦礦材料制備的太陽能電池效率從2009年的3.8％增長到目前的22.1％。因其較高的光吸收系數、較低的成本和易于制備等優勢，鈣鈦礦太陽能電池獲得了人們的廣泛關注。

在空間飛行器中，太陽能電池得到了大量和普遍的應用。眾所周知，通常基于半導體p-n結工作原理的太陽能電池的抗太空輻照能力較差，而諸如衛星等空間飛行器上的太陽能電池一般是直接暴露在復雜的空間輻照環境之中。空間輻照對太陽能電池的損傷破壞主要有三種方式：總劑量電離損傷、單粒子效應和位移損傷。因此，在空間飛行器中實際應用的太陽能電池抗輻照性能亟待提高。

復雜的空間輻照環境中，輻照源主要是質子，此外還有電子、中子和α射線等。近幾年，地面模擬實驗結果表明輻照對太陽能電池會造成不可逆的損傷，以至嚴重降低傳統太陽能電池的光電性能(Bourgoin J C,Angelis N D.Radiation-induced defects insolar cell materials[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2001,66(1):467-477.)。同時，為增強太陽能電池的抗輻照性能，有人提出給太陽能電池增加防護片(WangR,Guo Z,Wang G.Low-energy proton irradiation effects on GaAs/Ge solar cells[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2006,90(7):1052-1057.)。但實驗結果表明隨著質子能量的增加，防護片的防護效果下降，從而達不到理想的抗輻照效果。

上述已有技術存在以下不足：常見的太陽能電池不具備良好的抗輻照性能，而且防護手段有限，以至在太空環境中不能展現出優良光電性能，影響諸如衛星等空間飛行器的正常工作。因此，為解決空間飛行器的電源問題，迫切需要抗輻照性能優良的新型太陽能電池。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明目的在于提供一種制備簡單、成本低廉，并且具有良好抗輻照性能的鈣鈦礦太陽能電池。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種抗輻照的鈣鈦礦太陽能電池，所述的太陽能電池自下而上依次設有導電玻璃電極層，電子傳輸層，鈣鈦礦光敏層和碳電極，所述的電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層和碳電極中均填充有鈣鈦礦材料。

本發明的電子傳輸層的材料選用Al₂O₃、SiO₂、SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂中的一種，其中優選TiO₂。

本發明的鈣鈦礦光敏層的材料選用ZrO₂；鈣鈦礦光敏層中的添加的鈣鈦礦作為吸光材料的同時，也作為空穴傳輸材料，不需要額外設計空穴傳輸層；

本發明的鈣鈦礦材料為MAPbI₃結構，其中MA為CH₃NH₃。