專利名稱：介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池，屬 于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展，能源問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)政府和能源產(chǎn)業(yè)的高 度重視。能源問(wèn)題關(guān)系到全球的可持續(xù)發(fā)展，成為制約社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。隨著石油、煤 炭以及天然氣等化石資源面臨枯竭，太陽(yáng)能等可再生能源越來(lái)越受到人們的關(guān)心和重視。 太陽(yáng)能作為一種純凈的可再生能源，具有其它能源所不可比擬的優(yōu)勢(shì)與化石燃料相比，太 陽(yáng)能取之不盡、用之不竭；與核能相比，太陽(yáng)能更安全，不會(huì)污染環(huán)境和引起溫室效應(yīng)；與 水能、風(fēng)能相比，太陽(yáng)能完全不受地理?xiàng)l件的限制，更利于大規(guī)模應(yīng)用。太陽(yáng)能發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的高端技術(shù)，它的發(fā)展歷經(jīng)單晶硅電池、多晶 硅電池與非晶硅薄膜電池等階段。多帶隙非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，在太陽(yáng)能電池研制上的 已經(jīng)取得了很多新突破和新成果，它較之單晶硅太陽(yáng)能電池，有著許多自身顯著的特點(diǎn)。首 先是生產(chǎn)成本低，原材料價(jià)格低，制造環(huán)境相對(duì)寬松；其次是制備得到的電池很薄，使用的 硅材料較少；同時(shí)還可以使用柔性基板，它改變了以往太陽(yáng)能電池的物體形態(tài)，由于其自身 的柔性，使它可以連接到其它柔性物如塑料、紡織物以及剛性物如金屬、建筑等靜止或移動(dòng) 的物體上面。由于非晶硅禁帶寬度的限制，使得一部分低于禁帶寬度能量的光從非晶硅太陽(yáng)能 電池中透過(guò)而不能被有效的吸收利用，這就白白浪費(fèi)了很多太陽(yáng)光的能量，將會(huì)降低電池 的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)與吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng) 能電池形成疊層結(jié)構(gòu)，可以拓寬太陽(yáng)能電池的吸收范圍，充分利用太陽(yáng)光的能量，從而提高 電池的光電轉(zhuǎn)化效率。另外該疊層太陽(yáng)能電池制作工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、有利于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服電池光電轉(zhuǎn)換效率不高的問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅 多帶隙太陽(yáng)能電池的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一位于頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光 的多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電池；一位于底部吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn) 的介孔ZnO太陽(yáng)能電池；所述的非晶硅太陽(yáng)能電池包括最外層的透明襯底，次外層的透明導(dǎo)電氧化物層， 以及里層的非晶硅半導(dǎo)體層組成；所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池依次包括緩沖層，組裝半導(dǎo)體量 子點(diǎn)的介孔ZnO層，電解質(zhì)以及催化劑層和最外層的透明襯底。所述的透明襯底101、204為導(dǎo)電玻璃基板，所述的透明導(dǎo)電氧化物層為摻氟氧化錫，所述的非晶硅半導(dǎo)體層103-105分別為P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的緩沖層為透 明導(dǎo)電薄膜，可選自氧化鋅摻鋁，或薄膜金，起到傳輸載流子的作用，所述的組裝半導(dǎo)體量 子點(diǎn)的介孔ZnO層201為組裝了 CdSe或CdTe量子點(diǎn)的ZnO層，所述的電解質(zhì)202為Γ/ I3-電解質(zhì)，所述的催化劑層為鉬金催化劑，該催化劑真空磁控濺射于導(dǎo)電玻璃基板204上。本發(fā)明還提供了一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙太陽(yáng)能電池的 疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一位于頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的多帶隙非晶硅太陽(yáng) 能電池；一位于底部吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電 池；所述的非晶硅太陽(yáng)能電池包括最外層的透明襯底，次外層的透明導(dǎo)電氧化物層， 以及里層的非晶硅半導(dǎo)體層組成；所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池依次包括緩沖層，組裝半導(dǎo)體量 子點(diǎn)的介孔ZnO層以及催化劑層。所述的透明襯底為導(dǎo)電玻璃基板，所述的透明導(dǎo)電氧化物層為摻氟氧化錫，所述 的非晶硅半導(dǎo)體層103-105分別為P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的緩沖層為透明導(dǎo)電薄 膜，可選氧化鋅摻鋁，起到陷光、減小光致衰退、傳輸載流子，從而提高電池穩(wěn)定性的作用； 所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO層201為組裝了 CdSe或CdTe量子點(diǎn)的ZnO層，起到 吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的作用、傳輸載流子的作用；所述的催化劑層203為通過(guò)真空 磁控濺射的鉬金催化劑，作為背反電極。通過(guò)上述技術(shù)手段，本發(fā)明的一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙太 陽(yáng)能電池的疊層結(jié)構(gòu)能達(dá)到以下效果(1)、可以實(shí)現(xiàn)組裝半導(dǎo)體量子介孔ZnO太陽(yáng)能電池來(lái)吸收近紅外光；(2)、所設(shè)計(jì)的疊層太陽(yáng)能電池具有制作工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的特點(diǎn)；(3)、可最大程度的提高太陽(yáng)光能的利用，降低光能損失，提高轉(zhuǎn)換效率。


圖1是本發(fā)明介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)圖；圖2是本發(fā)明不含電解質(zhì)的介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng) 能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。圖中101、透明襯底；102、透明導(dǎo)電氧化物層；103、非晶硅半導(dǎo)體P層；104、非晶硅半導(dǎo)體I層；105、非晶硅半導(dǎo)體N層；200、緩沖層；201、組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO ；202、電解質(zhì)；203、鉬金催化劑；
204、透明襯底。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā) 明的功能、特點(diǎn)。實(shí)施例1圖1是本發(fā)明介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 示意圖；包括頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電池和底部吸收偏向 長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池。多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電 池由最外層的透明襯底101，次外層的透明導(dǎo)電氧化物層102，以及里層的非晶硅半導(dǎo)體層 103-105組成。組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池由緩沖層200，組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn) 的介孔ZnO層201，電解質(zhì)202以及催化劑層203和最外層的透明襯底204。所用的透明襯底101、204的材料為導(dǎo)電玻璃基板，透明導(dǎo)電氧化物層102為摻氟 氧化錫(FTO)，所用非晶硅半導(dǎo)體層包括非晶硅半導(dǎo)體P層103，非晶硅半導(dǎo)體I層104非 晶硅半導(dǎo)體N層105，所用的緩沖層200的材料為Sol-Gel法制備的摻5% Al的ZnO薄膜， 起到傳輸載流子的作用；201層的材料為組裝了 CdTe量子點(diǎn)的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏 向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的作用。電解質(zhì)202主要由Γ/Ι3_組成，起到氧化還原作用；催化劑層 203為鉬金催化劑。
實(shí)施例2本發(fā)明介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖 與圖1相同。透明襯底101、204的材料為導(dǎo)電玻璃基板，透明導(dǎo)電氧化物層102為摻氟氧化 錫(FTO)，所用非晶硅半導(dǎo)體層包括非晶硅半導(dǎo)體P層103，非晶硅半導(dǎo)體I層104非晶硅 半導(dǎo)體N層105，所用的緩沖層200的材料為真空磁控濺射的金薄膜，起到傳輸載流子的作 用；201層的材料為組裝了 CdTe量子點(diǎn)的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光 的作用。電解質(zhì)202主要由Γ/Ι3_組成，起到氧化還原作用；催化劑層203為鉬金催化劑。實(shí)施例3圖2是本發(fā)明不含電解質(zhì)的介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng) 能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；包括頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電池和 底部吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池。多帶隙非晶 硅太陽(yáng)能電池由最外層的透明襯底101，次外層的透明導(dǎo)電氧化物層102，以及里層的非晶 硅半導(dǎo)體層103-105組成。組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池由緩沖層200，組裝半 導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO層201，以及催化劑層203。所用的透明襯底101的材料為導(dǎo)電玻璃基板，透明導(dǎo)電氧化物層102為摻氟氧化 錫(FTO)，所用非晶硅半導(dǎo)體層包括非晶硅半導(dǎo)體P層103，非晶硅半導(dǎo)體I層104非晶硅半 導(dǎo)體N層105，所用的緩沖層200的材料為Sol-Gel法制備的摻5% Al的ZnO薄膜，起到陷 光、減小光致衰退、傳輸載流子，從而提高電池穩(wěn)定性的作用；201層的材料為組裝了 CdTe 量子點(diǎn)的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的作用。催化劑層203為真空磁 控濺射鉬金催化劑，作為背反電極。
權(quán)利要求
一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括一位于頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的非晶硅多帶隙太陽(yáng)能電池；一位于底部吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池；所述的非晶硅多帶隙太陽(yáng)能電池由最外層的透明襯底(101)，次外層的透明導(dǎo)電氧化物層(102)，以及里層的非晶硅半導(dǎo)體層(103)-(105)組成；所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池依次包括緩沖層(200)，組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO層(201)，電解質(zhì)(202)以及催化劑層(203)和最外層的透明襯底(204)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電 池，其特征在于，所述的透明襯底(101)、(204)為導(dǎo)電玻璃基板，所述的透明導(dǎo)電氧化物層 (102)為摻氟氧化錫，所述的非晶硅半導(dǎo)體層(103)-(105)分別為P型、I型、N型非晶硅薄 膜；所述的緩沖層(200)為透明導(dǎo)電薄膜，選自氧化鋅摻鋁，或薄膜金，所述的組裝半導(dǎo)體 量子點(diǎn)的介孔ZnO層(201)為組裝了 CdSe或CdTe量子點(diǎn)的ZnO層，所述的電解質(zhì)(202) 為r/I3_電解質(zhì)，所述的催化劑層(203)為鉬金催化劑，該催化劑真空磁控濺射于導(dǎo)電玻璃 基板(204)上。
3.一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于，包 括一位于頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的非晶硅多帶隙太陽(yáng)能電池；一位于底部吸收 偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池；所述的非晶硅多帶隙太陽(yáng)能電池由最外層的透明襯底(101)，次外層的透明導(dǎo)電氧化 物層(102)，以及里層的非晶硅半導(dǎo)體層(103)-(105)組成；所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池依次包括緩沖層(200)，組裝半導(dǎo)體 量子點(diǎn)的介孔ZnO層(201)，以及催化劑層(203)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電 池，其特征在于，所述的透明襯底(101)為導(dǎo)電玻璃基板，所述的透明導(dǎo)電氧化物層(102) 為摻氟氧化錫，所述的非晶硅半導(dǎo)體層(103)-(105)分別為P型、I型、N型非晶硅薄膜；所 述的緩沖層(200)為透明導(dǎo)電薄膜，選自氧化鋅摻鋁；所述的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO 層(201)為組裝了 CdSe或CdTe量子點(diǎn)的ZnO層；所述的催化劑層(203)為通過(guò)真空磁控 濺射的鉬金催化劑，作為背反電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介孔ZnO組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)/非晶硅多帶隙疊層太陽(yáng)能電池，包括一位于頂部吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電池；以及一位于底部吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池；其中多帶隙非晶硅太陽(yáng)能電池和組裝半導(dǎo)體量子點(diǎn)的介孔ZnO太陽(yáng)能電池通過(guò)一透明導(dǎo)電薄膜連接形成疊層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征在于頂部的太陽(yáng)能電池與底部的太陽(yáng)能電池具有不同的光譜相應(yīng)范圍，可以最大程度的提高太陽(yáng)能的利用，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另外該疊層太陽(yáng)能電池具有制作工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、有利于大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/04GK101872794SQ20101021579
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者劉秀勇, 吳貴芝, 李琳瑜, 沈悅, 顧峰 申請(qǐng)人:上海大學(xué)