[发明专利]热载流子太阳能电池及其形成方法

说明书

各种实施例可以提供热载流子太阳能电池。该太阳能电池可以包括纳米晶体层，所述纳米晶体层包括或包含一种或多种纳米晶体，所述一种或多种纳米晶体中的每一种包括卤化物钙钛矿材料。该热载流子太阳能电池还可以包括与纳米晶体层的第一侧接触的第一电极。该热载流子太阳能电池还可以包括与纳米晶体层的第二侧接触的第二电极，其中所述第二侧与所述第一侧相对。纳米晶体层可具有小于100nm的厚度。

相关申请

本申请要求2016年7月27日提交的新加坡专利申请No.10201606182S的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的各个方面涉及热载流子太阳能电池。本公开的各个方面涉及热载流子太阳能电池的形成方法。

背景技术

当前所有太阳能电池普遍存在的一个特征是太阳光子(从紫外到红外波长)具有比半导体带隙更大的能量，可以产生具有超出带隙的过剩能量的自由载流子或激子；这些载流子或激子温度高于材料晶格温度，被称为“热载流子”或“热激子”。这种过剩的载流子能量是动力学自由能并且通过电子-声子散射将过剩的动能转换成热量快速地(在亚皮秒时间尺度内)损失。1961年，Shockley和Queisser(SQ)基于辐射复合是唯一的其他自由能量损失机制以及完全热载流子冷却的假设，计算了太阳能电池中太阳辐照度转换为电自由能的最大可能热力学效率。该计算得出理论最大热力学效率为31-33％，最佳带隙在约1.1eV和1.4eV之间。

1982年的热力学计算首先表明，如果在冷却到晶格温度之前利用热光生载流子的过剩能量，则转换效率可以达到66％，从而超过SQ限制并提高太阳能电池效率。一种方法是在载流子冷却之前将热载流子传输到具有适当功函数的载流子收集触点。这些电池被称为热载流子太阳能电池。因此，研究界正在不断寻找具有慢速热载流子冷却特性的合适的太阳能电池吸收材料。

在纳米技术的早期发展期间，最初认为通过声子瓶颈效应半导体纳米晶体(NC)中的量子限制可以减慢热载流子冷却过程。然而，进一步的研究显示，由于替代的快速弛豫路线可能超过声子瓶颈，因此在量子限制系统中实现慢速热载流子冷却仍然具有挑战性。因此，非常希望开发具有慢速热载流子冷却性能的新型材料。

发明内容

各种实施例可以提供热载流子太阳能电池。该太阳能电池可以包括纳米晶体层，所述纳米晶体层包括或包含一种或多种纳米晶体，所述一种或多种纳米晶体中的每一种包括卤化物钙钛矿材料。该热载流子太阳能电池还可以包括与纳米晶体层的第一侧接触的第一电极。该热载流子太阳能电池还可以包括与纳米晶体层的第二侧接触的第二电极，其中所述第二侧与所述第一侧相对。纳米晶体层可具有小于100nm的厚度。

各种实施例可提供热载流子太阳能电池的形成方法。该方法可以包括提供或形成包括一种或多种纳米晶体(如本文所述)的纳米晶体层，所述一种或多种纳米晶体中的每一种包括卤化物钙钛矿材料。该方法还可以包括形成第一电极，使得第一电极与纳米晶体层的第一侧接触。该方法还可以包括形成第二电极，使得第二电极与纳米晶体层的第二侧接触，其中所述第二侧与所述第一侧相对。纳米晶体层可具有小于100nm的厚度。

附图说明

结合非限制性实施例和附图并参考详细描述可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据各种实施例的纳米晶体的一般图例。

图2示出了根据各种实施例的热载流子太阳能电池的一般图例。

图3示出了根据各种实施例的纳米晶体的形成方法的示意图。

图4示出了根据各种实施例的热载流子太阳能电池的形成方法的示意图。

图5示出了半导体纳米晶体中(a)带内俄歇能量传递，(b)声子瓶颈效应和(c)带间俄歇过程的热载流子冷却的示意图。