[發明專利]基于碳納米管互聯的兩端式疊層太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202210910271.5
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115312506A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 高鵬;宋志成;郭永剛;劉大偉;張春福;倪玉鳳;張敏;楊超;劉建達;張博
• 申請（專利權）人: 青海黃河上游水電開發有限責任公司;國家電投集團黃河上游水電開發有限責任公司;青海黃河上游水電開發有限責任公司西寧太陽能電力分公司;青海黃河上游水電開發有限責任公司西安太陽能電力分公司;西安電子科技大學
• 主分類號: H01L25/04
• 分類號: H01L25/04;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進

本發明公開了一種基于碳納米管互聯的兩端式疊層太陽能電池，其包括鈣鈦礦底電池、碳納米管互聯層和鈣鈦礦頂電池；所述碳納米管互聯層沉積形成在所述鈣鈦礦底電池上，所述鈣鈦礦頂電池鍵合結合在所述碳納米管互聯層上。其制備方法包括：分別制備獲得所述鈣鈦礦底電池和所述鈣鈦礦頂電池；在所述鈣鈦礦底電池上沉積形成所述碳納米管互聯層；將所述鈣鈦礦頂電池鍵合在所述碳納米管互聯層上并采用固化膠固化連接。本發明以機械堆疊的方式，將鈣鈦礦底電池和鈣鈦礦頂電池堆疊形成全鈣鈦礦的兩端疊層太陽電池，頂電池和底電池之間能夠有效地進行電學串聯和光學耦合，并且降低疊層電池的制備工藝難度。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種基于碳納米管互聯的全鈣鈦礦兩端式疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機/無機雜化鈣鈦礦材料由于具有優異的光電特性、低成本的制備方法而引起廣泛關注，并得到快速發展和應用。根據已有的報道，鈣鈦礦材料在太陽電池的應用中，單結電池的效率已經達到25.7％，接近了目前主流的硅基太陽電池的最高效率。有機太陽電池與鈣鈦礦太陽電池類似，帶隙與開路電壓易于控制，但是單結電池的最高效率受到肖克利-奎伊瑟極限的限制，因此，為了進一步提升太陽電池的效率，疊層電池的探索成為了相關工作的必經之路，其中鈣鈦礦/有機疊層電池受到了廣泛關注。

由鈣鈦礦底電池和鈣鈦礦頂電池組成的全鈣鈦礦疊層太陽能電池可分為兩端疊層和四端疊層，兩者之間各有優勢。其中，四端疊層電池需要制備兩個完整且相互獨立的電池結構，再將兩個電池簡單地疊加壓合在一起，彼此間兩個電池互不影響，但是增加了制備成本，另外過多過厚的疊層結構也會帶來額外的光損失，對電池效率產生較大影響。兩端疊層是在以鈣鈦礦底電池為襯底的基礎上制備鈣鈦礦頂電池，主要的挑戰在于：1)如何使得頂電池和底電池之間實現電學串聯和光學耦合；2)以底電池為襯底制備頂電池，為了避免底電池損傷，頂電池的制備工藝受到較大限制，例如頂電池的工藝溫度不能超過底電池的最高承受溫度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于碳納米管互聯的兩端式疊層太陽能電池及其制備方，使得鈣鈦礦底電池和鈣鈦礦頂電池之間能夠有效地進行電學串聯和光學耦合，并且降低全鈣鈦礦疊層電池的制備工藝難度。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于碳納米管互聯的兩端式疊層太陽能電池，其包括鈣鈦礦底電池、碳納米管互聯層和鈣鈦礦頂電池；所述碳納米管互聯層沉積形成在所述鈣鈦礦底電池上，所述鈣鈦礦頂電池鍵合結合在所述碳納米管互聯層上。

具體地，所述碳納米管互聯層是采用旋涂、噴涂或靜電紡絲工藝沉積形成在所述鈣鈦礦底電池上。

具體地，所述碳納米管互聯層的厚度為10nm～300nm。

在一個優選的方案中，所述鈣鈦礦底電池包括依次疊層設置的第一導電玻璃基底、第一電子傳輸層、第一鈣鈦礦光吸收層、第一空穴傳輸層、傳輸緩沖層、第一透明導電層和頂電極層，所述第一導電玻璃基底上連接有第一引出電極；所述鈣鈦礦頂電池包括依次疊層設置的第二導電玻璃基底、第二空穴傳輸層、第二鈣鈦礦光吸收層、第二電子傳輸層和第二透明導電層，所述第二導電玻璃基底上連接有第二引出電極；其中，所述碳納米管互聯層沉積形成在所述頂電極層上，所述第二透明導電層鍵合結合在所述碳納米管互聯層上。

在另一個優選的方案中，所述鈣鈦礦底電池包括依次疊層設置的第一導電玻璃基底、第一空穴傳輸層、第一鈣鈦礦光吸收層、第一電子傳輸層、傳輸緩沖層、第一透明導電層和頂電極層，所述第一導電玻璃基底上連接有第一引出電極；所述鈣鈦礦頂電池包括依次疊層設置的第二導電玻璃基底、第二電子傳輸層、第二鈣鈦礦光吸收層、第二空穴傳輸層和第二透明導電層，所述第二導電玻璃基底上連接有第二引出電極；其中，所述碳納米管互聯層沉積形成在所述頂電極層上，所述第二透明導電層鍵合結合在所述碳納米管互聯層上。