[实用新型]一种基于光吸收增强型的叠层太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种基于光吸收增强型的叠层太阳能电池，包括顶电池、中间连接层和底电池，所述底电池包括自下至上依次层叠设置的导电玻璃FTO阴极、ZnO电子传输层、金属Ag周期阵列纳米结构薄膜、钙钛矿活性层、Spiro‑OMeTAD空穴传输层；所述顶电池包括自下至上层叠设置的金属An周期整列纳米结构薄膜、聚合物富勒烯共混活性层、MoO₃空穴传输层、金属阳极Al。本实用新型底电池处采用宽带隙钙钛矿的吸收范围为300‑550nm，顶电池采用窄带隙聚合物的吸收范围为550‑900nm，拓宽了电池的光谱吸收范围，并且通过采用底电池和顶电池的串联方式连接，提供了最佳的钙钛矿太阳能电池和有机聚合物太阳能电池的器件效率。

技术领域

本实用新型属于叠层钙钛矿电池/聚合物太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于全光波段吸收的高效钙钛矿/聚合物富勒烯叠层太阳能电池。

背景技术

随着社会经济的快速发展，石油、天然气等不可再生型资源日渐枯竭，能源已经成为世界各国普遍关注的战略性问题之一。研究表明，太阳能是国际公认的理想替代能源，是人类可利用的最直接的清洁能源。太阳光光谱可以被分成连续的若干部分, 用能带宽度与这些太阳光光谱有最好匹配的材料做成电池, 并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠加起来，让波长较短的光被最外边的宽带隙材料电池吸收，波长较长的光能够透射，并让较窄禁带宽度材料电池利用, 这就有可能最大限度地将光能变成电能, 实现此类结构的电池就是叠层太阳能电池，叠层结构太阳能电池利用中间连接层可将不同吸收波段的聚合物叠加串联 (或并联) 起来，既能够增加太阳光的吸收，又能够提高太阳电池的开路电压(或短路电流)，器件的性能也会相应大幅度地增加，可以有效地提高太阳电池的能量转换效率。2014年，中国科学院国家纳米科学中心采用CH₃NH₃PbI₃和PDPP3T:PC₇₁BM制备出第一个钙钛矿/有机太阳电池,器件结构如下：ITO/PEDOT:PSS/ CH₃NH₃PbI₃/PDPP3T:PC₇₁BM/Al，获得了最高8.8%的光电转换效率。随后，中国科学院化学研究所通过对该器件制备条件的优化，使得太阳能电池的光电转换效率达到了12.2%。该效率高于基于CH₃NH₃PbI₃：PCBM电子传输层钙钛矿太阳电池的效率(10.3%)，而且电池的短路电流有明显的提升（从18.2mA/cm2ｃ提升到22.9mA/cm2）。此外，制备的CH₃NH₃PbI₃和PDPP3T:PC₇₁BM获得了9.25%的光电转换效率，该效率也远远高于基于PDPP3T:PC₇₁BM的有机太阳电池。2015年美国加州大学洛杉矶分校采用CH3NH3PbI3/PDTP-DFBT:PC71BM制备的太阳能电池光电转换效率提升到了15.8%。该课题组还揭示了钙钛矿/聚合物富勒烯叠层太阳能电池工作时，钙钛矿中的发生费米能级的分裂，钙钛矿的电子准费米能级与有机活性层中受体的电子准费米能级对齐等问题。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术中所存在的技术问题，提供一种为了拓宽电池的光谱吸收范围，提高太阳能电池的效率的基于光吸收增强型的叠层太阳能电池。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本实用新型的一种基于光吸收增强型的叠层太阳能电池，包括顶电池、中间连接层和底电池，所述底电池包括自下至上依次层叠设置的导电玻璃FTO阴极、ZnO电子传输层、金属Ag周期阵列纳米结构薄膜、钙钛矿活性层、Spiro-OMeTAD空穴传输层；所述顶电池包括自下至上层叠设置的金属An周期整列纳米结构薄膜、聚合物富勒烯共混活性层、MoO3空穴传输层、金属阳极Al。

进一步地，中间连接层是通过连续蒸镀工艺实现，厚度为20~30nm，其材料为MoO3/Al/ZnO。