[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。根据该制造方法，可以通过使用特定摩尔比的有机卤化物和金属卤化物诱导复合防止层的自发形成来制造高效率的钙钛矿太阳能电池。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月16日提交的韩国专利申请第10-2016-0031485号的优先权的利益，其全部公开内容通过引用并入本文。

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。

背景技术

为了解决化石能源的耗竭以及由于其使用而导致的全球环境问题，已经积极地进行了对可再生并且清洁的替代能源(如太阳能、风能和水能)的研究。

在这些中，对可将太阳光直接转化成电能的太阳能电池的关注已显著增加。此处，太阳能电池意指吸收来自太阳光的光能并通过利用由电子和空穴产生的光伏效应来产生电流-电压的电池。

目前，可制造光能转化效率大于20％的n-p二极管型硅(Si)单晶系太阳能电池，并实际用于光伏发电，并且还存在使用化合物半导体如砷化镓(GaAs)的太阳能电池，其具有比n-p二极管型硅(Si)单晶系太阳能电池更高的转化效率。然而，这些无机半导体系太阳能电池出于高效率而要求纯化至非常高的纯度的材料，因此为了纯化原材料而消耗大量的能量，并且在使用原材料生产单晶或者使膜更薄的过程中还需要昂贵的加工设备，使得在降低制造太阳能电池的成本方面存在限制，这已成为大规模使用太阳能电池的障碍。

因此，为了以低成本制造太阳能电池，需要大幅降低用于太阳能电池的核心材料或太阳能电池的制造过程的成本，并且作为无机半导体系太阳能电池的替代品，已经积极进行了对可使用廉价的材料和工艺制造的染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的研究。

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)首次于1991年由瑞士洛桑联邦理工学院(Swiss National Higher Institute of Technology in Lausanne，EPFL)的Michael Gratzel教授研发并在Nature(第353卷，第737页)中报道。

早期的染料敏化太阳能电池具有这样的简单结构：其中吸收光的染料被吸附到透明电极膜的多孔光阳极上，光和电流动穿过该透明电极膜，顶部设置有另一导电玻璃基底，并且其间填充有液体电解质。染料敏化太阳能电池的操作原理如下。当化学吸附在多孔光阳极表面上的染料分子吸收太阳能时，染料分子产生电子-空穴对，并且电子被注入到用作多孔光阳极的半导体氧化物的导带中以传输至透明导电膜，由此产生电流。留在染料分子中的空穴以以下方式构成完整的太阳能电池电路：其中空穴通过由液体或固体电解质的氧化-还原反应引起的空穴传导或者空穴导电聚合物传输至光阴极，由此进行外部工作。

在染料敏化太阳能电池的配置中，透明导电膜主要由氟掺杂的氧化锡(FTO)或铟掺杂的氧化锡(ITO)制成，并且具有宽带隙的纳米颗粒用作多孔光阳极。作为染料，以化学方式合成并使用这样的多种材料：其能够特别充分地吸收光，并且由于染料的最低未占据分子轨道(LUMO)能级高于光阳极材料的导带能级而容易分离由光产生的激子，从而提高太阳能电池的效率。在大约20年中，迄今为止报道的液体型染料敏化太阳能电池的最大效率仅为11％至12％。液体型染料敏化太阳能电池具有相对高的效率，由此使其可能被商业化。然而，存在由挥发性液体电解质引起的随时间的稳定性问题和由于使用高成本的基于钌(Ru)的染料而引起的降低成本的问题。

为了解决这些问题，已经进行了对使用离子溶剂的非挥发性电解质代替挥发性液体电解质、凝胶型聚合物电解质和廉价的纯有机染料的使用的研究，但是使用这些材料的染料敏化太阳能电池的效率低于使用挥发性液体电解质和基于钌(Ru)的染料的染料敏化太阳能电池的效率。