太阳能电池及其制造方法技术

本申请公开了一种太阳能电池及其制造方法，该太阳能电池包括下电极组件、上电极组件、用于将下电极组件和上电极组件组装在一起并形成密闭空间的密封剂、以及容纳在密闭空间中的电解质，其中下电极组件包括下透明导电基板、在下透明导电基板上形成的纳米氧化物半导体薄膜、以及在纳米氧化物半导体薄膜中的纳米颗粒表面上附着的染料，并且上电极组件包括上透明导电基板，太阳光从上电极组件一侧入射，其中所述上电极组件还包括在上透明导电基板上形成的α-Si薄膜太阳能电池，所述α-Si薄膜太阳能电池包括依次堆叠的P型α-Si薄膜、I型α-Si薄膜和N型α-Si薄膜，N型α-Si薄膜与纳米氧化物半导体薄膜相对设置，并且N型α-Si薄膜和纳米氧化物半导体薄膜与电解质接触。

Solar cell and manufacturing method thereof

The invention discloses a solar battery and its manufacturing method, the solar cell includes a bottom electrode assembly, an electrode assembly, for lower electrode and the upper electrode components assembled in sealant, together and form a closed space and accommodate electrolyte in a closed space, the electrode assembly includes a transparent conductive substrate, in the transparent conductive substrate to form nano oxide semiconductor thin film, and the nano oxide semiconductor thin film of nano particles attached on the surface of the dye, and the upper electrode assembly includes a transparent conductive substrate, the light from the sun on the side of the incident electrode assembly, wherein the upper electrode assembly also includes a -Si thin film solar cell is formed on the transparent conductive on the substrate, wherein a -Si thin film solar cell including type P alpha -Si film, sequentially stacked type I and type N alpha -Si film The alpha -Si film, a N type alpha -Si film, is relatively disposed of with a nanostructured oxide semiconductor film, and the N type alpha -Si film and the nanostructured oxide semiconductor film are in contact with the electrolyte.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更具体地，涉及复合。
技术介绍
法国科学家Henri Becqμ erel于1839年首次观察到光电转化现象，但是直到 1954年第一个可实用性的半导体太阳能电池的问世，“将太阳能转化成电能”的想法才真正成为现实。在太阳能电池的最初发展阶段，所使用的材料一般是在可见区有一定吸收的窄带隙半导体材料，因此这种太阳能电池又称为半导体太阳能电池。尽管宽带隙半导体本身捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料附着到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，也可以将太阳能转化为电能。这种电池就是染料敏化太阳能电池(DSSC)。1991年，瑞士科学家Gritzel等人首次利用纳米技术将DSSC中的光电转换效率提高到7%。从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(即Gi^tzel电池)随之诞生并得以快速发展。此后，基于Gritzel电池的新型DSSC的最高光电转换效率已经达到11%。图1示出了如上所述的传统的DSSC的示意性截面图。该DSSC包括下电极组件10 和上电极组件20。下电极组件10包括在下玻璃基板11上形成的下电极层12，在下电极层 12上形成的纳米氧化物半导体薄膜13，以及在纳米氧化物半导体薄膜13中的纳米颗粒表面上附着的染料(未示出)。上电极组件20包括在上玻璃基板21上形成的上电极层22。 采用密封剂31将下电极组件10和上电极组件20组装在一起，纳米氧化物半导体薄膜13 与上电极层22彼此相对，以形成密闭空间。在密闭空间中容纳电解质32 (例如电解质溶液或固态电解质)。太阳光从上电极组件20 —侧的表面入射，为了使得太阳光能够到达纳米氧化物半导体薄膜13，上玻璃基板21、上电极层22和电解质32应当是透光的。例如，上电极层22 可以使用FTO (掺氟的氧化锡)导电玻璃。然而，近十年来DSSC的光电转换效率难以进一步提高。一方面，在DSSC中广泛使用的钌系染料N3、N719等的吸收光谱不能与太阳光谱匹配。例如，染料N719 (商品名，瑞士 Solaronix公司的产品)的吸收峰主要集中在380nm和 520nm处，对其它谱段的吸收率都很低，从而不能有效利用全谱段的太阳光。另一方面，在太阳能电池工作过程中，由于受电解质中离子氧化/还原反应速度所的限制，在染料受光激发之后产生的光生电子和空穴向各自收集极输运的过程中，发生光电子/空穴复合过程并生成基态染料。而且，在光生电子经过电解质输运到作为电池正极的纳米TiO2薄膜上的过程中，一部分光生电子会与氧化态的电解质发生还原反应并生成还原态电解质，即发生所谓的“暗反应”过程。结果，造成了光生电子的损失，降低了 DSSC的光电转换效率。“暗反应”过程是造成光生电子的损失的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造成本低且光电转换效应高的太阳能电池，其中将 α-Si太阳能电池的N型区作为DSSC中的电子注入电极，形成了包括两种类型的太阳能电池的复合太 阳能电池。根据本专利技术的一方面，提供一种太阳能电池，包括下电极组件、上电极组件、用于将下电极组件和上电极组件组装在一起并形成密闭空间的密封剂、以及容纳在密闭空间中的电解质，其中下电极组件包括下透明导电基板、在下透明导电基板上形成的纳米氧化物半导体薄膜、以及在纳米氧化物半导体薄膜中的纳米颗粒表面上附着的染料，并且上电极组件包括上透明导电基板，太阳光从上电极组件一侧入射，其中所述上电极组件还包括在上透明导电基板上形成的α-Si薄膜太阳能电池，所述α-Si薄膜太阳能电池包括依次堆叠的P型α -Si薄膜、I型α -Si薄膜和N型α -Si薄膜，N型α -Si薄膜与纳米氧化物半导体薄膜相对设置，并且N型α -Si薄膜和纳米氧化物半导体薄膜与电解质接触。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造太阳能电池的方法，包括以下步骡制作上电极组件，其中在上透明导电基板上形成α-Si薄膜太阳能电池，所述 α -Si薄膜太阳能电池包括依次堆叠的P型α -Si薄膜、I型α -Si薄膜和N型α -Si薄膜；制作下电极组件，其中在下透明导电基板上形成纳米氧化物半导体薄膜，以及在纳米氧化物半导体薄膜上附着染料；以及采用密封剂，将上电极组件和下电极组件组装在一起，其中N型α-Si薄膜与纳米氧化物半导体薄膜彼此相对，以形成密闭空间，在密闭空间中注入电解质。在本专利技术的太阳能电池中，α -Si薄膜太阳能电池与染料敏化太阳能电池中所使用的染料的吸收光谱互补。这种复合结构的电池实现太阳能电池的吸收光谱与太阳光谱的最佳匹配，从而提高对太阳光的吸收率。α -Si薄膜太阳能电池不仅作为独立的电池单元发电，而且α -Si薄膜太阳能电池的N型区输出的光电子电流注入到DSSC的电解质中，有效增强了电解质中离子的氧化/ 还原反应，抑制了所谓的暗反应，可以有效提高DSSC的光电转换效率。结果，根据本专利技术的由染料敏化太阳能电池和α -Si薄膜太阳能电池组成的复合太阳能电池的发电效率高于染料敏化太阳能电池和α-Si薄膜太阳能电池单独使用时的发电效率之和，从而形成了高效的复合太阳能电池。而且，本专利技术的太阳能电池与现有的DSSC的制造工艺兼容，从而与α -Si薄膜太阳能电池或DSSC任意一种的制造成本相近，这有利于太阳能电池的批量生产并降低了制造成本。附图说明图1示出了传统的DSSC的示意性截面图。图2示出了根据本专利技术的第一实施例的太阳能电池的示意性截面图。图3示出了根据本专利技术的第二实施例的太阳能电池的示意性截面图。图4示出了染料Ν719和α -Si薄膜太阳能电池吸收光谱示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，其中在所有附图中采用相同或类似的标号表示相同或类似的元件。这些实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。在下文中，实施例1至2分别涉及根据本专利技术的太阳能电池的结构，实施例3至5 分别涉及根据本专利技术的制造太阳能电池的方法。实施例1图2示出了根据本专利技术的第一实施例的太阳能电池的示意性截面图。该太阳能电池包括下电极组件10和上电极组件20。下电极组件10包括在下玻璃基板11上形成的下电极层12，在下电极层12上形成的纳米氧化物半导体薄膜13，以及在纳米氧化物半导体薄膜13中的纳米颗粒表面上附着的染料(未示出)。上电极组件20包括在上玻璃基板21上依次形成的上电极层22、P型 α -Si薄膜23、1型α -Si薄膜M和N型α -Si薄膜25。采用密封剂31将下电极组件10 和上电极组件20组装在一起，以形成密闭空间，其中N型α -Si薄膜25与纳米氧化物半导体薄膜13彼此相对。在密闭空间中容纳电解质32 (例如电解质溶液或固态电解质)。该太阳能电池是α-Si薄膜太阳能电池和DSSC的复合结构，其中α-Si薄膜太阳能电池设置在DSSC的上电极层22上，包括P型α-Si薄膜23、I型α-Si薄膜M和N型 α -Si 薄膜 25。α -Si薄膜太阳能电池基于PN结的光生伏打效应。α "Si是一种资源丰富并且对环境安全的材料，对太阳光的吸收率很高。α "Si薄膜太阳能电池的制造方法是已知的，其中α-Si薄膜材料可以在较低的温度下(300°C以下)直接沉积在廉价衬底上，大幅度降低了制造成本。本专利技术人注意到α-Si薄膜太阳能电池的吸收光谱与钌系染料(例如染本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳能电池，包括下电极组件、上电极组件、用于将下电极组件和上电极组件组装在一起并形成密闭空间的密封剂、以及容纳在密闭空间中的电解质，其中下电极组件包括下透明导电基板、在下透明导电基板上形成的纳米氧化物半导体薄膜、以及在纳米氧化物半导体薄膜中的纳米颗粒表面上附着的染料，并且上电极组件包括上透明导电基板，太阳光从上电极组件一侧入射，其中所述上电极组件还包括在上透明导电基板上形成的α－Ｓｉ薄膜太阳能电池，所述α－Ｓｉ薄膜太阳能电池包括依次堆叠的Ｐ型α－Ｓｉ薄膜、Ｉ型α－Ｓｉ薄膜和Ｎ型α－Ｓｉ薄膜，Ｎ型α－Ｓｉ薄膜与纳米氧化物半导体薄膜相对设置，并且Ｎ型α－Ｓｉ薄膜和纳米氧化物半导体薄膜与电解质接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：康晋锋，王旭，范志伟，张天舒，陆自清，王宝，王琰，刘力锋，王漪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11