[發明專利]一種雙面受光碳基疊合太陽能電池及測試裝置

在審

• 申請號: 202011083986.5
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112310286A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 史彥濤;張春陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H02S50/15
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種雙面受光碳基疊合太陽能電池及測試裝置，屬于新能源材料與器件技術領域。所述的雙面受光太陽能電池，其陰極由兩層超薄碳納米管材料組成，增加背電極透光性，解決了常規貴金屬電極不透光的問題，所得雙面碳基疊合太陽能電池可同時利用正面和背面入射光，有效增加單位面積輸出功率。相較于傳統太陽能電池，本發明中的雙面受光太陽能電池能夠大幅提升太陽光利用率，提升單位面積光?電轉換功率；該器件結構易于實現跟建筑物的結合；用碳納米管材料代替鈣鈦礦太陽能電池中的貴金屬金或銀，能夠降低成本。

技術領域

本發明屬于新能源材料與器件技術領域，具體涉及一種雙面受光碳基疊合太陽能電池及測試裝置。

背景技術

當前，不可再生的化石能源得到不斷消耗的同時，造成了嚴重的環境污染。人類急需開發利用可再生的能源來替代化石能源。在各種可再生能源中，太陽能被認為取之不盡用之不竭且不受地域限制的清潔能源。

太陽能電池是一種能將太陽能轉化為電能的裝置，已經歷經三代，其中鈣鈦礦太陽能電池引領第三代太陽能電池的發展，目前認證效率已高達25.5％。但是單面電池單位面積輸出功率因為受到光吸收層以及入射光強的的限制，未來效率增長空間有限。而雙面電池可以有效利用雙面入射光并有效增加單位面積輸出功率。雙面電池制備的關鍵是背電極的透明化，常用透明背電極有超薄金屬電極和碳電極，但是效率普遍不高。這種通過犧牲效率使背電極透明化的策略顯然需要進一步改進。

發明內容

本發明結合先進的疊合碳基結構電池，系統對不同類型碳納米管背電極篩選，最終制備了一種雙面受光工作的碳基疊合太陽能電池，不但解決傳統鈣鈦礦太陽能電池背電極需要用到真空蒸鍍及貴金屬所造成的成本問題，保證正面受光效率高達19.3％的同時，雙面電池雙面受光時可進一步增加了單位面積輸出功率(255W m^-2)。

本發明提出的原理包括：

傳統單面電池，只能利用正面入射光，背面反射光不能有效利用。雙面電池可同時利用正背面入射光，從而增加器件單位輸出功率。

本發明的技術方案：

一種雙面受光碳基疊合太陽能電池，由電極A和電極B疊合而成；電極A 從上到下依次是導電玻璃、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層和碳納米管層；電極B為碳納米管層和導電玻璃，電極A和電極B的碳納米管層相接觸。

電極A和電極B中的碳納米管直徑在2nm～10nm之間，由電極A和電極 B中的總碳納米管層厚度在2μm～15μm之間。

該測量裝置包括太陽能電池、反光鏡、卡槽和底座；兩太陽能電池呈90°夾角固定在底座上，并分別與底座呈45°夾角；反光鏡垂直固定在底座上，位于兩太陽能電池之間。

本發明的有益效果：

碳納米管材料儲備豐富，廉價易得，用碳納米管材料代替貴金屬金或銀，為大規模工業化生產提供有利的支撐；噴涂碳納米管材料替代真空蒸鍍貴金屬，降低能耗；同時具有良好透光性的碳納米管可以用于制備雙面太陽能電池，在自然或人工反射條件下，有效利用背面反射光從而增加單位面積能量輸出功率。

附圖說明

圖1為實施例1中不同厚度MWCNT/1電極對應電池JV曲線。

圖2為實施例2中所用多壁碳納米管MWCNT/1的透射電鏡圖和表面掃描電鏡。

圖3為實施例2中所用多壁碳納米管MWCNT/2的透射電鏡圖和表面掃描電鏡。

圖4為實施例2中所用單壁碳納米管SWCNT的透射電鏡圖和表面掃描電鏡。

圖5為實施例2中MWCNT/1對應電池正背面分別受光對應的JV曲線。

圖6為實施例2中MWCNT/2對應電池正背面分別受光對應的JV曲線。