[发明专利]一种基于无机体异质结的太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池及其制备方法领域，具体为一种基于无机体异质结的太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着煤、石油等化石类资源的迅速消耗和由此带来的环境污染和温室效应，探求和利用可再生能源已成为人类在21世纪迫切需要解决的首要问题之一。将太阳能转化成电能，实现光伏发电，是一种利用再生能源的重要方式。光伏发电系统中最关键的是捕获和转化太阳能的装置，即太阳电池。探求新型材料体系，提高电池效率和稳定性，降低电池成本，已成为太阳电池研究和光伏产业发展面临的主要挑战。

TiO₂纳米棒（丝）形成的阵列（简称，TiO₂-NA）性质稳定、环境友好、电子迁移率高、对可见光有很好的透过性、容易大面积制备、且具有很好的空间排布稳定性，是一种性能优良的光伏材料。人们将TiO₂-NA和p-型无机半导体材料复合， 制备无机体异质结太阳电池；其中，p-型材料充当光吸收材料、电子供体和空穴传输通道，而TiO₂-NA的作用是提供电子受体和电子传输通道。这种无机体异质结太阳电池中，材料具有很高的稳定性和电荷迁移率，近年来成为低价太阳电池中的重要研究对象。Zou等（Solar Energy 2012, 86, 1359-1365）用溶液滴涂的方法将5 nm的CdTe量子点作为光吸收材料沉积到TiO₂-NA中，制成了开路电压（V_oc）为0.65 V、短路电流（J_sc）为0.67 mA/cm²和效率（η）为0.17%的CdTe/TiO₂-NA体异质结太阳电池； Kramer (Adv. Mater. 2012, 24, 2315-2319) 等，利用旋涂的方法将PbS量子点作为光吸收材料沉积到TiO₂-NA中，制成了V_oc = 0.58 V、J_sc = 20.10 mA/cm²和及η = 5.70%的PbS/TiO₂-NA体异质结太阳电池。虽然沉积量子点的方法简便，能大大减少电池制备的成本，但是这些技术也存在一些不足之处：例如，（1）量子点与 TiO₂-NA之间界面接触不理想，不利于吸收材料和TiO₂-NA之间的能量转移；（2）通常在合成量子点时，需要用到有机表面修饰剂，来控制量子点的尺寸和团聚，有机物的存在不利于量子点相互之间及量子点与TiO₂-NA之间的能量转移。近来，人们用原位沉积的方法直接在TiO₂-NA中填充p-型无机材料作为光吸收材料，其中p-型无机光吸收材料形成三维尺寸均大于100 nm的连续相区，避免了量子点相互之间的接触问题。Luo等（Electrochem. Solid-state Lett. 2012, 15, H34-H36）用电化学方法在TiO₂-NA之中原位沉积Cu₂O，制成了Cu₂O/TiO₂-NA体异质结太阳电池，性能达到V_oc = 0.36 V、J_sc = 8.91 mA/cm²，FF = 38.50%及η = 1.25%。