一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池制造技术

本发明专利技术公开一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池。本发明专利技术通过以A'[Pb2X6]为研究对象，其中A'为N,N'

【技术实现步骤摘要】
一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池


[0001]本专利技术属于中间带太阳电池领域，具体涉及一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池在不同限制因素下理论光电转换效率(PCE)的计算方法。

技术介绍

[0002]太阳电池已经从第一代晶体硅太阳电池和第二代无机薄膜太阳电池发展到目前的第三代新型太阳电池。其中，第一代晶体硅太阳电池发展最早且制备工艺成熟，但由于其昂贵的制造成本限制了它的发展。第二代无机薄膜太阳电池具有良好的稳定性，但其原材料成本高难以实现商业化。而第三代太阳电池中，有机太阳电池因其激子束缚能较大，严重抑制载流子的扩散和迁移难以制备高性能器件，染料敏化太阳电池由于其稳定性较差并对环境造成污染从而不利于实际应用。中间带太阳电池是第三代太阳电池中最热门的一种，中间带太阳电池的主要原理为在吸收材料的主带隙中插入中间带以实现三光子吸收过程，从而吸收效率可以超过单带隙太阳电池的Shockley
‑
Queisser极限。
[0003]目前，获得中间带主要有三种方式：第一，量子点中间带，利用量子尺寸效应来产生中间带。第二，杂质中间带，掺入高浓度的深能级杂质形成杂质中间带。第三，高失配合金，引入等电子中心形成中间带。理论上，中间带材料需要满足一定的条件才能达到理想的高效率的中间带太阳电池，比如：为满足三光子的跃迁，中间带需要是孤立的并且中间带的电子必须是部分填充的，同时中间带需要是离散的，以保证不会引起非辐射复合和由于有限宽度的中间带引起的带内激发。这些条件的实现在实验上并不简单，目前通过量子点中间带形成的太阳电池效率已经超过18％。卤化物钙钛矿材料的带隙十分接近中间带太阳电池的理想值，但没有基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池的相关报道。因此，探索新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池在理论上的光电转换效率可以为实验提供有效的理论依据。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池在不同限制因素下理论光电转换效率(PCE)的计算方法，可以量化不同限制因素对中间带太阳电池理论PCE的影响幅度，为基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池的理论PCE提供有用的见解。
[0005]本专利技术采用的计算公式如下：
[0006][0007]其中，J
cv
为导带与价带之间所产生的光电流，J
iv
为经过两次跃迁所产生的光电流，J
ci
为导带与中间带之间所产生的电流，J
o1
为导带与价带之间所产生的暗电流，J
o2
为导带与中间带之间所产生的暗电流，J
o3
为中间带与价带之间所产生的暗电流，k
B
为玻尔兹曼常量，T
a
为电池工作温度，q为电荷量。
[0008]所述限制因素，所述限制因素中光照条件分别为全聚光和一个标准太阳光照强度(AM 0和AM 1.5G)。
[0009]所述限制因素，所述限制因素中电池工作温度为300K
‑
500K。
[0010]所述限制因素，所述限制因素中考虑非辐射复合，暗电流修正为0.01％
‑
1％。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012](1)本专利技术首次发现了在不同限制因素下新型基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池理论光电转换效率(PCE)最高值以及其他性能参数的最高值。在全聚光照射下，总带隙为2.4eV，中间带隙为1.5eV的中间带太阳电池效率最高，可以达到65.8％。本专利技术利用半导体载流子扩散经典模型计算一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池理论PCE，为实验提供有效的理论依据。
[0013](2)本专利技术所提供的中间带太阳电池理论PCE的计算方法简单易懂。与理想情况相比，非辐射复合损耗和电池过热超过环境温度会导致在全聚光或一个标准太阳光照强度下工作的中间带太阳电池效率降低。了解理论PCE与最高实验PCE之间的差距，有利于推动中间带太阳电池的开发与应用。
附图说明
[0014]图1为实施例1中间带太阳电池的工作示意图。
[0015]图2为实施例1中间带太阳电池在限制因素下的J
‑
V曲线。
[0016]图3为实施例1总带隙为2.4eV的中间带太阳电池在限制因素下的短路电流图。
[0017]图4为实施例1总带隙为2.4eV的中间带太阳电池在限制因素下的开路电压图。
[0018]图5为实施例2中间带太阳电池在限制因素下的光电转换效率图。
[0019]图6为实施例3中间带太阳电池在限制因素下的光电转换效率图。
[0020]图7为实施例4中间带太阳电池在限制因素下的J
‑
V曲线。
[0021]图8为实施例4总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的短路电流图。
[0022]图9为实施例4总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的开路电压图。
[0023]图10为实施例5中间带太阳电池在限制因素下的J
‑
V曲线。
[0024]图11为实施例5总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的短路电流图。
[0025]图12为实施例5总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的开路电压图。
[0026]图13为实施例6中间带太阳电池在限制因素下的J
‑
V曲线。
[0027]图14为实施例6总带隙为2.8eV的中间带太阳电池在限制因素下的短路电流图。
[0028]图15为实施例6总带隙为2.8eV的中间带太阳电池在限制因素下的开路电压图。
[0029]图16为实施例7中间带太阳电池在限制因素下的J
‑
V曲线。
[0030]图17为实施例7总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的短路电流图。
[0031]图18为实施例7总带隙为2.6eV的中间带太阳电池在限制因素下的开路电压图。
具体实施方式
[0032]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。在进一步描述本专利技术具体实施方式之前，应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术
实施例中使用的属于是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，荣昌按照常规条件，或者按照制造商所建议的条件。
[0033]当实施例给出数值范围时，应理解，除非本专利技术另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本专利技术中使用的所有技术和科学术语与本
技术人员通常理解的意义相同。除实施例中是用的具体方法、设备、材料外，根据本
的技术人员对现有技术的掌握及本专利技术的记载，还可以使用与本专利技术实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型的基于卤化物钙钛矿的中间带太阳电池A'[Pb2X6](其中A'为N,N'
‑
二甲基吡嗪(dmpz)、N
‑
氢
‑
N'
‑
甲基吡嗪(Hmpz)或N
‑
氢
‑
N'
‑
乙基吡嗪(Hepz)等，X为I或Br)，利用半导体载流子扩散经典模型计算在不同限制因素下的理论光电转换效率(PCE)，可以将中间带太阳电池视作为三结的太阳电池，其能带中蕴含着三个跃迁过程，其特征在于，计算公式如下：其中，J cv
为导带与价带之间所产生的光电流，J iv
为经过两次跃迁所产生的光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，周馨悦，周建恒，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：