[發明專利]一種CsPbBr3量子點-硅基復合結構太陽能電池

在審

• 申請號: 201910207027.0
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109950330A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 曹蘊清;吳冬;丁聰;張紹琦;曾祥華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/055
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東;徐素柏

本發明涉及太陽能電池領域內一種CsPbBr₃量子點?硅基復合結構太陽能電池，包括硅基太陽能電池和涂覆于硅電池片表面的CsPbBr₃量子點薄膜，所述CsPbBr₃量子點薄膜的厚度為20～25nm。本發明的CsPbBr₃量子點?硅基復合結構太陽能電池，用旋涂方法在硅基太陽能電池表面制備CsPbBr₃膠體量子點薄膜，形成CsPbBr₃量子點?硅基復合結構太陽能電池，使硅基太陽能電池表面形成熒光下轉移層，相比傳統的Ⅱ?Ⅵ族化合物量子點下轉移材料，CsPbBr₃量子點具有吸收截面大、光吸收率高的優點，只需旋涂單層薄膜即可增強電池的短波響應以及光伏特性，避免了下轉移層厚度過大導致串聯電阻增大的不利影響，同時成膜參數可控，復合結構電池表面反射率降低，短波響應增強的同時長波響應也有增加，短路電流增大，電池的光電轉換效率升高。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，特別涉及一種提高電池的光電轉換效率的CsPbBr₃量子點-硅基復合結構太陽能電池。

背景技術

現有技術中，對硅基太陽電池研究的關鍵問題就是如何在保持制作成本沒有大幅增加的條件下，實現高效率的光電轉換。其中，引入新型材料與傳統硅基光伏器件構成納米復合結構，被認為是一種拓寬電池的光譜響應波長范圍，從而獲得高效率低成本的新一代硅基太陽能電池的有效途徑，也是當前國際上的研究前沿和熱點問題之一。傳統硅基太陽能電池，由于存在著熱弛豫損失，有效響應光譜僅在500-1000nm范圍，太陽光中的近紫外光子能量不能被充分吸收利用。

在電池表面引入具有下轉移特性的量子點材料，被認為是一種提高短波長處的外量子效率，拓寬響應光譜范圍的有效途徑。下轉移是指材料吸收一個短波長高能量光子而發射出長波長低能量光子的過程，具有下轉移特性的熒光材料吸收太陽光譜中的紫外-近紫外光，發射出可見波段的光，恰好對應于硅基太陽能電池響應較強區域，這種光譜轉移特性彌補了硅基太陽能電池紫外光損失的缺陷。常見下轉移材料是鎘基化合物半導體量子點(CdS、CdSe等)，在實際應用中為了保證量子點材料性質的穩定，一般采用厚核殼結構，制備工藝復雜，未來產業化可能面臨價格、成本、環境問題等挑戰。另一方面，如何實現下轉移材料的高效利用，也是光伏領域一個技術難題。

發明內容

本發明針對現有技術中太陽能電池下轉移材料應用中存在的上述問題，提供一種在硅基太陽能電池表面涂覆CsPbBr₃量子點下轉移層，以提高電池短波長范圍的光譜響應，同時改進減反射效果，同時提高電池長波長范圍的光譜響應，從而提高電池的光電轉換效率。

本發明的目的是這樣實現的，一種CsPbBr₃量子點-硅基復合結構太陽能電池，包括硅基太陽能電池和涂覆于電池硅片表面的CsPbBr₃量子點薄膜，所述CsPbBr₃量子點薄膜的厚度為20～50nm。

本發明的CsPbBr₃量子點薄膜的CsPbBr₃膠體量子點墨水通過如下步驟制得：

（1）將Cs₂CO₃固體與油酸和十八烯混合，在真空條件加熱干燥，然后在氮氣保護下加熱至Cs₂CO₃完全反應，在氮氣保護下自然冷卻至室溫，制備銫油酸鹽前驅液；

（2）將粉末狀固體PbBr₂與十八烯混合，真空干燥后通氮氣，注入經無水硫酸鈉干燥過的油胺和油酸待PbBr₂完全溶解后升溫并快速注入步驟1制得的銫油酸鹽前驅液，進行反應，然后用冰水浴冷卻至室溫，制得CsPbBr₃膠體量子點；