[实用新型]具有光栅阵列结构电子传输层的太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种具有光栅阵列结构电子传输层的太阳能电池，包括透明导电玻璃衬底，所述衬底上设置银纳米光栅周期阵列结构，所述银纳米光栅上制备TiO₂薄膜层构成核壳阵列结构作为电子传输层；所述TiO₂薄膜上设置钙钛矿吸收层，再在钙钛矿吸收层上设置空穴传输层；所述空穴传输层上设置金属薄膜，由所述衬底和金属薄膜作为导电电极引出光生电荷对外电路供电。本实用新型以Ag‑TiO₂核壳纳米光栅阵列作为电子传输层，通过光吸收模式与载流子传输机制的耦合，提高了光生电荷的产生效率和收集效率。

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种具有一维阵列结构电子传输层的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

钙钛矿太阳能电池采用具有钙钛矿结构的CH₃NH₃PbX₃(X＝I,C,Br)作为光电转换材料，短短几年内其性能提升十分明显，从2009年的光电转换效率3.8％，发展至今效率可以高达22.1％。目前，钙钛矿太阳能电池通常有以下两种结构：一种是起源于染料敏化太阳能电池的介观钙钛矿电池；另外一种结构是类似于有机聚合物太阳能电池的平面异质结钙钛矿电池。在这两类钙钛矿太阳能电池器件结构中，电子传输层一般采用二氧化钛、氧化锌或氧化锡等具有良好电子传输性能的半导体制备成平面薄膜结构。

随着对器件机理研究的深入，研究人员发现纳米柱阵列结构的电子传输层相对于平面结构的电子传输层可以获取更高的光电转换效率，主要是因为基于纳米柱阵列结构的电子传输层在提高载流子传输效率的同时，增加了光子在钙钛矿层的吸收。Park等最先报道了基于水热法制备600nm高的TiO₂纳米柱阵列的钙钛矿太阳能电池，通过反应时间可以实现TiO₂纳米柱的高度和周期调控，实现了高效的光吸收(Nano Letters,2013,13(6))；Fakharuddin等报道了以FTO导电玻璃为基体，采用水热合成方法制备单晶的TiO₂纳米棒阵列作为钙钛矿电池的电子传输层，获得了高效的载流子迁移率，提高了器件性能(ACS Nano2015,9,8420)。李兆松报道了ZnO/TiO₂复合结构纳米阵列作为电子传输层，通过引入TiO₂纳米颗粒有效填补了ZnO纳米柱阵列中的间隙，提高了对钙钛矿物质的吸附，增大了光俘获效率，提高了电池的光电转换效率。

虽然现有周期性纳米柱阵列及复合结构构筑的电子传输层使得钙钛矿电池的性能得到了显著提高，但还不能满足产业化的要求，因此非常有必要探索更优良的微结构作为电子传输层，降低界面层的反射率，提高钙钛矿层的光吸收，提高器件的性能。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供了一种具有光栅阵列结构电子传输层的太阳能电池，通过综合利用几何共振和表面等离驻波共振光吸收模式，解决光子产生率不高的不足，利用TiO₂作为壳层包覆与Ag纳米栅阵列构成复合结构作为钙钛矿电池的电子传输层，通过控制TiO₂形貌结构阻挡空穴的迁移，提高了光生载流子利用效率不高的不足。

本实用新型技术方案如下：一种具有光栅阵列结构电子传输层的太阳能电池，包括透明导电玻璃衬底，所述衬底上设置银纳米光栅周期阵列结构，所述银纳米光栅上制备TiO₂薄膜层构成核壳阵列结构作为电子传输层；所述TiO₂薄膜上设置钙钛矿吸收层，再在钙钛矿吸收层上设置空穴传输层；所述空穴传输层上设置金属薄膜，由所述衬底和金属薄膜作为导电电极引出光生电荷对外电路供电。

优选的，所述透明导电玻璃衬底为FTO透明玻璃，所述透明导电玻璃衬底厚度为1～10μm，光透过率不小于80％。

优选的，所述银纳米光栅的周期为50～1000nm，所述银纳米光栅的高度为100～1000nm，所述银纳米光栅周期阵列结构的占空比为0.1～0.8，所述TiO₂薄膜厚度为30～100nm。