具有高效电荷分离层的光伏电池制造技术

本发明专利技术提供了一种具有高效电荷分离层的光伏电池。所述光伏电池，包括用于产生光生电子的吸光材料以及用于接收并传输所述光生电子的n型电子传输材料，还包括形成在所述n型电子传输材料与所述吸光材料之间的由电子-空穴对分离材料形成的电荷分离薄膜层。本发明专利技术的光伏电池结构新颖，制备简单。本发明专利技术的电荷分离薄膜层能够加速界面的电子输运，提高光伏电池的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种具有高效电荷分离层的光伏电池。所述光伏电池，包括用于产生光生电子的吸光材料以及用于接收并传输所述光生电子的n型电子传输材料，还包括形成在所述n型电子传输材料与所述吸光材料之间的由电子-空穴对分离材料形成的电荷分离薄膜层。本专利技术的光伏电池结构新颖，制备简单。本专利技术的电荷分离薄膜层能够加速界面的电子输运，提高光伏电池的光电转化效率。【专利说明】具有高效电荷分离层的光伏电池
本专利技术涉及光电转化
，特别是涉及一种具有高效电荷分离层的光伏电池。
技术介绍
如何满足日益增长的能源需求是人类在二十一世纪面临的一个重要课题，随着煤炭、石油、天然气等传统能源日益枯竭，需要考虑发展新的能源获取方式来为人类社会的可持续发展提供动力。在诸多新能源中，太阳能以其丰富的储量、清洁、无污染的优点和较小的地域限制而受到广泛的关注。光伏器件作为利用太阳能的主要方式之一受到了广泛的关注。发展高效率具有高光电转化效率的光伏电池是太阳能电池技术走向大规模应用的关键。目前市场上的光伏电池主要为晶体硅电池，主要利用pn结原理。其基本结构由P型硅基板，η型发射极，抗反射层和银电极组成。该类电池具有较高的能量转化效率和较长的使用寿命。然而该类电池在工业化生产过程中具有高能耗、高污染、高成本的问题，因此并不利于可持续发展。Μ.Gratzel等制备出第三代新型薄膜太阳能电池，电池结构由FTO透明导电玻璃，电子接收层多孔TiO2,染料分子，电解液和对电极构成。其中染料分子吸收太阳光产生光生载流子，电子扩散注入到TiO2中，经由FTO到外电路负载，另外染料在电解液界面发生氧化还原反应，重新得到电子，从而保持整个电路的平衡。近两年来钙钛矿有机金属卤化物(CH3NH3PbX3(X = I，Br, Cl))材料以其优异的光电性能吸引了人们的关注。H.Snaith等人将钙钛矿有机金属卤化物作为吸光层，用固态电解质代替液态电解液，制备了全固态的钙钛矿电池，取得了很高的光电转化效率。然而，该类薄膜太阳能电池由纳米尺寸的粒子组成，具有非常大的比表面积，其表面的晶体缺陷会成为光生载流子的复合中心，影响电荷的有效分离。光生载流子在电池内部的复合损失是制约电池效率的主要因素，尤其是在η型层中的η型电子受体(即η型电子传输材料)和吸光层之间的载流子复合非常严重。目前主要利用TiCl4,ZnS等处理电子受体表面，达到减小表面态的作用，其处理的对象较为有限。因此需要专利技术一种新型的具有高效电荷分离的电池结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型结构的光伏电池。本专利技术另一个的目的是提供一种具有较高的光电转化效率的光伏电池。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具有高效电荷分离层的光伏电池，包括:一种光伏电池，包括用于产生光生电子的吸光材料以及用于接收并传输所述光生电子的η型电子传输材料，其还包括形成在所述η型电子传输材料与所述吸光材料之间的由电子-空穴对分离材料形成的电荷分离薄膜层。可选地，所述η型电子传输材料形成一 η型平面薄膜层，所述吸光材料形成一吸光平面薄膜层，所述电荷分离薄膜层形成在所述η型平面薄膜层与所述吸光平面薄膜层之间。可选地，所述η型电子传输材料形成一 η型多孔支架层，所述吸光材料填充在所述η型多孔支架层中，所述电荷分离薄膜层形成在至少部分所述吸光材料与所述η型电子传输材料之间。可选地，所述η型电子传输材料形成一 η型多孔支架层，所述吸光材料为量子点，所述量子点分布在所述η型多孔支架层中，所述电荷分离薄膜层形成在至少部分所述量子点与所述η型电子传输材料之间。可选地，所述η型电子传输材料形成一 η型多孔支架层，所述吸光材料为染料，所述染料附着在所述η型多孔支架层中，所述电荷分离薄膜层形成在至少部分所述染料与所述η型电子传输材料之间。可选地，所述电子-空穴对分离材料为具有层状空间结构的半导体材料，且所述半导体材料的能带结构的导带和价带分别由不同原子的电子轨道构成。可选地，所述电子-空穴对分离材料由PbI2, HgI2, BiI3, SnS2, SnSe2, CdI2中的一种或多种材料形成。可选地，所述电荷分离薄膜层的厚度小于IOOOnm ;优选小于IOOnm ;更优选为小于50nmo可选地,所述吸光材料为具有I丐钛矿结构的有机金属半导体吸光材料。可选地，所述电荷分离薄膜层利用原子层沉积、连续离子层吸附反应法或蒸镀法在所述η型电子传输材料的表面形成。与现有的光伏电池相比，本专利技术至少具有如下优点:(I)结构新颖，制备简单。(2)本专利技术的电荷分离薄膜层能够加速界面的电子输运，提高光伏电池的光电转化效率。(3)本专利技术的电荷分离薄膜层能够进一步分离电子与空穴，抑制界面复合，提高光伏电池的光电转化效率。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。【专利附图】【附图说明】后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，附图未必是按比例绘制的。为了明显地示出钙钛矿基薄膜太阳电池的层状结构，太阳电池在竖向上的尺寸要比实际的大很多倍。附图中:图1是根据本专利技术一个实施例的光伏电池的结构示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的光伏电池的结构示意图；图3是根据本专利技术又一个实施例的光伏电池的结构示意图。【具体实施方式】在具体描述本专利技术的实施方式之前，首先介绍本专利技术所采用的电池效率测量方法。电池的光电性能用计算机控制的恒电位/恒电流仪(Princeton Applied Research,Model263A)。将制备的光伏电池器件的光阳极和光阴极分别与恒电位/恒电流仪的工作电极和对电极端连接。光源使用500W氙灯，入射光强为1001^/(^2，光照面积为0.08(^2。除非另有说明，以下各实施例中的光电性能测量都是在室温下进行的。电池界面的电荷转移速率表征由时间分辨超快光谱仪器测量。本专利技术中所使用的术语，除非另外指出，是根据其在本
中的常规含义来理解。本申请的专利技术人在研究中发现，当在光伏电池的P型层(由用于产生光生电子的吸光材料形成)和η型层(即由用于接收并传输光生电子的η型电子传输材料形成的电子传输层)之间布置一层碘基化合物时，该层材料非常利于电荷的空间分离，可作为电子-空穴对分离材料应用光伏电池中。本申请的专利技术人进一步研究发现，这是由于该类材料具有的层状空间结构和特殊的分立能带结构性质(能带结构的导带和价带分别由不同的原子轨道构成)导致的。这类材料的组成可以示意性地用MX表示，其中的M表示构成导带的原子，X表示构成价带的原子。在此基础上，本申请的专利技术人提出了在光伏电池的η型电子传输材料和吸光材料之间引入由电子-空穴对分离材料MX形成的一层MX电荷分离薄膜层的新型异质节太阳能电池模型(N-MX-P)。在该模型中，光生载流子或者说光生电子扩散或者漂移进入M原子的轨道，然后直接传递到电子传输层(η型层)，从而避免了载流子在材料的体相间传输带来损失，提高光伏器件的效率。本申请的专利技术人率先将这一概念应用到新型钙钛矿太阳能电池研究中，利用先进的球差电镜技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高效电荷分离层的光伏电池，包括用于产生光生电子的吸光材料以及用于接收并传输所述光生电子的n型电子传输材料，其特征在于，还包括形成在所述n型电子传输材料与所述吸光材料之间的由电子‑空穴对分离材料形成的电荷分离薄膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，许信，谷林，肖俊彦，李冬梅，李泓，罗艳红，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11