[发明专利]一种异质结和光电化学混合太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种异质结和光电化学混合太阳能电池装置，属于太阳能电池和纳米材料应用技术领域。

背景技术

面对全球能源短缺危机和生态环境不断恶化，世界各国积极研究和开发利用可再生能源，从而实现能源工业和社会的可持续发展。其中，太阳能以其独有的优势而成为可再生能源的焦点。假如把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率为5％，每年发电量可达5.6×10¹²千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。因而太阳能被认为是能源危机和生态环境恶化的最佳解决途径。

太阳能电池是通过半导体p-n结的光伏效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。目前商业化太阳能电池以单晶硅和非晶硅为主。当前，人们除了大量应用单晶硅太阳电池外[参见专利：专利号JP5243597-A；专利号KR2002072736-A]，还研制成功了多晶硅电池[参见专利：专利号US6307146-B1]、薄膜太阳电池等各种新型的电池[参见专利：专利号JP2002198549-A]，并且还在不断的研制各种新材料、新结构的太阳电池[参见专利：专利号DE19743692-A；DE19743692-A1]。在第三代低成本高转换效率的太阳能电池的研发竞赛种，纳米技术作为建造更好的太阳能电池的一种方法出现了。这些基于纳米材料开发的电池按照是否使用电解溶液，可以分为两类。

第一类是使用电解溶液的电池：1991年，瑞士洛桑高等理工学院Gratzel教授率先发明了二氧化钛纳米晶薄膜染料敏化太阳能电池[B.O’Regan，M.Gratzel，A low-cost，highefficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films.Nature 1911，353，737-740]，其光电能量转换率在AM1.5模拟日光照射下可达7.1％，接近了多晶硅电池的转换效率；2005年美国加州大学的杨培东教授课题组首次采用一维ZnO纳米线作为太阳能电池的阳极材料，该电池的光电转换效率可达1.5％[M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，et al.Nanowiredye-sensitized solar cell.Nature Materials 2005，4，455-459]。2007年，美国圣母大学的Kamat等人将二氧化钛的纳米颗粒吸附于单壁碳纳米管上，利用碳纳米管来引导光生电荷的流动，使电荷更容易到达电极成为电流，结果发现太阳能电池紫外光转换为电流的效率为仅使用二氧化钛的两倍[A.KongKanand，R.M.Dominguez，P.V.Kamat，Single wall carbon nanotubescaffolds for photoelectrochemical solar cells.Capture and transport of photogenerated electrons.Nano letters 2007，7，676-680]。2008年，中国北京师范大学彭奎庆教授发明了基于硅纳米线的光电化学太阳能电池[参见专利：专利号CN101262019A]。