[發明專利]一種硅納米線復合CsPbBr3

在審

• 申請號: 202010460292.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111540832A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 曹蘊清;朱平;黎思越;吳真龍;單丹;曾祥華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 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技術領域內一種含有硅納米線復合CsPbBr₃量子點有機雜化的太陽能電池，包括太陽能電池硅片，太陽能電池硅片單面刻蝕有硅納米線、硅納米線外側的外層依次旋涂有的CsPbBr₃量子點和有機物，有機物的表面鍍有束狀銀電極，太陽能電池硅片的背面鍍有鋁電極。本發明的電池結構，載流子的分離和提取發生在硅基底內部，有助于削弱界面俘獲效應對電池光伏性能的影響并提高電池的光電轉換效率，避免疊層電池中存在的電流匹配的問題；相比于不含有CsPbBr₃量子點的硅納米線有機物雜化太陽能電池，本發明的太陽能電池的短路電流增大，電池的光電轉換效率有效升高；為低成本的薄膜化、柔性化的新型太陽能電池的發展提供了一條有效途徑。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別涉及一種含有CsPbBr₃膠體量子點的新型硅納米線復合量子點有機物雜化的太陽能電池。

背景技術

當前，硅基太陽能電池一直是光伏產業發展的主流產品，對于單晶硅單結p-n結太陽能電池，由于不可避免的長波長側的透過損失、短波長側的熱弛豫損失，以及結損失、復合損失等，其理論上最高的光電轉換效率極限值只有30%。為了突破這一理論極限，充分利用太陽光譜能量，一個值得探索的途徑就是通過增加具有不同帶隙的材料數目，構建硅基疊層太陽能電池，以實現更好的光譜匹配。

CsPbBr₃量子點作為一種寬禁帶半導體材料，被認為是一種合適的頂層電池材料，可以提高電池短波長處的外量子效率，拓寬響應光譜范圍。目前，雖然有理論計算結果顯示，硅基雙結太陽能電池光電轉換效率理論值可達42.5%，但電池的結構具體實施以及轉換效率等光伏特性參數尚未見報道。這是因為，成功實現CsPbBr₃量子點/硅基雙結太陽能電池的最大挑戰是每個子電池之間存在反向p-n結的反向勢壘的作用，影響了光生載流子的提取。另一方面，CsPbBr₃量子點電池的電子、空穴傳輸層的選擇，復雜的制備工藝，導致未來產業化可能面臨價格、成本、環境問題等挑戰，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CsPbBr₃量子點/硅基太陽能電池產業化生產技術存在的難題，提供一種硅納米線復合CsPbBr₃量子點有機雜化的太陽能電池，使載流子的分離和提取發生在硅基底內部而非界面處，以削弱界面俘獲效應對電池光伏性能的影響并且提高載流子的收集效率從而提高電池的光電轉換效率，還可以避免疊層電池中存在的電流匹配的問題。

本發明的目的是這樣實現的，硅納米線復合CsPbBr₃量子點有機雜化的太陽能電池，包括太陽能電池硅片，其特征在于，所述太陽能電池硅片單面刻蝕有硅納米線、所述硅納米線外側的外層依次旋涂有的CsPbBr₃量子點和有機物，所述有機物的表面鍍有束狀銀電極，所述太陽能電池硅片的背面鍍有鋁電極。

本發明的太陽能電池通過旋涂方法層層成膜，形成肖特基電池結構，其中CsPbBr₃量子點，由于與硅納米線陣列襯底之間存在非輻射能量傳遞(NRET)過程，將吸收的光子直接以激子的形式傳遞到硅納米線陣列襯底內部，產生載流子并在電場作用下分離收集形成光電流。與傳統的雙結疊層太陽能電池相比，本發明的電池結構載流子的分離和提取發生在硅基底內部而非界面處，有助于削弱界面俘獲效應對電池光伏性能的影響并且提高載流子的收集效率從而提高電池的光電轉換效率，還可以避免疊層電池中存在的電流匹配的問題；相比于不含有CsPbBr₃量子點的硅納米線有機物雜化太陽能電池，本發明的太陽能電池的短路電流增大16%，電池的光電轉換效率升高9％；同時硅納米線的選擇，為低成本的薄膜化、柔性化的新型太陽能電池的發展提供了一條有效途徑。