一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池結(jié)構(gòu)與制備方法，所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池包括：染料敏化電區(qū)域、鈣鈦礦電池區(qū)域和透明導(dǎo)電氧化物層(6)；所述染料敏化電區(qū)域和鈣鈦礦電池區(qū)域通過所述透明導(dǎo)電氧化物層(6)連接。所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池提高了染料敏化區(qū)域中光電轉(zhuǎn)換效率的同時，實現(xiàn)了制備過程溶膠凝膠化，降低了制造成本，簡化了制備過程，利于大面積制造。
【專利說明】一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能光電利用【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池 及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率一直是研究者關(guān)注的焦點。針對染料敏化納米太陽能 電池，新型的器件轉(zhuǎn)換效率能達到11 %以上，但研究者認(rèn)為仍有提升空間。影響染料敏化納 米太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素為器件工作時暗電流的產(chǎn)生，因此抑制暗電流將成為提 升染料敏化納米太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的有效途徑。
[0003] 在光電流的產(chǎn)生中，染料收到光激發(fā)將會從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，并且釋放出電子。 由于染料的最低未占分子軌道能級高于金屬氧化物導(dǎo)帶電位，因此該電子將會注入半導(dǎo)體 導(dǎo)帶中。處于氧化態(tài)的染料將由電解質(zhì)中的I-離子進行還原再生。然而，I-離子的生成 除了由13-離子在對電極上實現(xiàn)電子再生，即I3-+2e-(CB) -31-外，還會以同樣的反應(yīng)形 式將納米晶膜中傳輸?shù)碾娮游?，造成暗電流的產(chǎn)生，從而使得光電轉(zhuǎn)化效率降低。這種情 況將無論是在金屬氧化物納米晶表面還是導(dǎo)電薄膜基底上都會進行。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中有將干電池與染料敏化納米太陽能電池串聯(lián)來抑制暗電流產(chǎn)生的案 例，然而干電池一方面不適用于太陽能電池集成，另一方面也造成生產(chǎn)工藝的改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明提出一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池包括： 染料敏化電區(qū)域和鈣鈦礦電池區(qū)域。所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池能在提高太陽能電池中 染料敏化區(qū)域光電轉(zhuǎn)換效率的同時，實現(xiàn)工藝兼容化，溶膠凝膠化，降低制造成本，利于大 面積制造。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在 于，所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池包括：染料敏化電區(qū)域、鈣鈦礦電池區(qū)域和透明導(dǎo)電氧化 物層6 ;所述染料敏化電區(qū)域和鈣鈦礦電池區(qū)域通過所述透明導(dǎo)電氧化物層6連接；所述染 料敏化電區(qū)域包括：負(fù)極部件玻璃基底1、透明導(dǎo)電膜層2、吸附染料的金屬氧化物顆粒層 3、電解質(zhì)溶液層4和Pt電極層5 ;所述鈣鈦礦電池區(qū)域包括：金屬氧化物層7、鈣鈦礦膜層 8、空穴傳輸層9和正極部件；所述正極部件包括：透明導(dǎo)電薄膜層10和正極玻璃基底11。
[0009] 優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電膜層2為摻F的氧化錫層或其他透明導(dǎo)電氧化物薄膜。
[0010] 優(yōu)選地，所述吸附染料的金屬氧化物顆粒層3中的金屬氧化物顆粒為Ti02顆粒。
[0011] 優(yōu)選地，所述金屬氧化物層7為BaTi03層、ZnO層或Sn02層。
[0012] 優(yōu)選地，所述鈣鈦礦膜層8為CH3NH3PbI3層、CH 3NH3PbBr3層或CH3NH3PbCl 3層。
[0013] 優(yōu)選地，所述空穴傳輸層9為2, 2'，7, 7' -四[N，N-二氨基]-9, 9' -螺二芴層。
[0014] 優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電薄膜層10為背電極接觸摻Sn的氧化銦層。
[0015] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種制備高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池的方 法，所述方法分為如下步驟：
[0016] 對含有摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層的玻璃基底進行超聲清洗；
[0017] 對清洗后的玻璃基底進行烘干；
[0018] 使用溶膠凝膠工藝，在玻璃基底摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層上淀積金屬氧化物顆粒 層3,作為部件甲；
[0019] 使用溶膠凝膠工藝，依次在負(fù)極部件玻璃基底1上制備透明導(dǎo)電薄膜層10、空穴 傳輸層9、|丐鈦礦膜層8、金屬氧化物層7和透明導(dǎo)電氧化物層6 ;
[0020] 在透明導(dǎo)電氧化物層6上淀積Pt電極層5,作為部件乙；
[0021] 將兩部件甲、乙進行組裝，裝注電解質(zhì)溶液層4和吸附染料的金屬氧化物顆粒層 3,并進行密封。
[0022] (三）有益效果
[0023] 本發(fā)明所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池具備以下功效：
[0024] (1)鈣鈦礦電池區(qū)域向染料敏化電區(qū)域施加偏壓，為染料敏化區(qū)域提供了電子供 應(yīng)，在其Pt層正極處加強了 I-的還原反應(yīng)，即I3-+2e-(CB) - 31-，使得產(chǎn)生的I-能盡快 對激發(fā)態(tài)的染料進行還原再生，產(chǎn)生更多的光電子，抑制了染料敏化區(qū)域內(nèi)部的暗電流，提 高了光電轉(zhuǎn)化效率。
[0025] (2)鈣鈦礦電池區(qū)域的全溶膠凝膠化能有效地與染料敏化電池區(qū)域的制備工藝結(jié) 合，簡化了生產(chǎn)步驟，降低了成本，適用于工業(yè)生產(chǎn)，適用于大面積制造。
[0026] 本發(fā)明所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池在工作時，鈣鈦礦區(qū)域?qū)θ玖厦艋瘏^(qū)域施加 偏壓，加強了對染料敏化區(qū)域的電子e_的注入，從而在其Pt層對I-的還原反應(yīng)得到加強 (I3-+2e-(CB) - 3I-)，從而更多的I-能對激發(fā)態(tài)的染料進行還原再生，產(chǎn)生更多的光電子 來抑制暗電流的產(chǎn)生。染料敏化區(qū)域的電壓為VDSSC = Vout-V'，其中Vout是高轉(zhuǎn)化效率 電池的輸出電壓，V'是鈣鈦礦區(qū)域提供的電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池及其制備方法一個實施例的太 陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合說明書附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。以 下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030] 本發(fā)明提供了一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池包 括：染料敏化電區(qū)域、鈣鈦礦電池區(qū)域和透明導(dǎo)電氧化物層6 ;所述染料敏化電區(qū)域和鈣鈦 礦電池區(qū)域通過所述透明導(dǎo)電氧化物層6連接；所述染料敏化電區(qū)域包括：負(fù)極部件玻璃 基底1、透明導(dǎo)電膜層2、吸附染料的金屬氧化物顆粒層3、電解質(zhì)溶液層4和Pt電極層5 ; 所述鈣鈦礦電池區(qū)域包括：金屬氧化物層7、鈣鈦礦膜層8、空穴傳輸層9和正極部件；所述 正極部件包括：透明導(dǎo)電薄膜層10和正極玻璃基底11。
[0031] 所述透明導(dǎo)電膜層2為摻F的氧化錫層或其他透明導(dǎo)電氧化物薄膜。
[0032] 所述吸附染料的金屬氧化物顆粒層3中的金屬氧化物顆粒為Ti02顆粒。
[0033] 所述金屬氧化物層7為BaTi03層、ZnO層或Sn02層。
[0034] 所述鈣鈦礦膜層 8 為 CH3NH3PbI3 層、CH3NH3PbBr3 層或 CH3NH3PbCl3 層。
[0035] 所述空穴傳輸層9為2, 2'，7, 7' -四[N，N-二氨基]-9, 9' -螺二芴層。
[0036] 所述透明導(dǎo)電薄膜層（10)為背電極接觸摻Sn的氧化銦層。
[0037] 本發(fā)明還提供了一種制作高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池的方法，所述方法分為如下步 驟：
[0038] 對含有摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層的玻璃基底進行超聲清洗；
[0039] 對清洗后的玻璃基底進行烘干；
[0040] 使用溶膠凝膠工藝，在玻璃基底摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層上淀積金屬氧化物顆粒 層3,作為部件甲；
[0041] 使用溶膠凝膠工藝，依次在負(fù)極部件玻璃基底1上制備透明導(dǎo)電薄膜層10、空穴 傳輸層9、|丐鈦礦膜層8、金屬氧化物層7和透明導(dǎo)電氧化物層6 ;
[0042] 在透明導(dǎo)電氧化物層6上淀積Pt電極層5,作為部件乙；
[0043] 將兩部件甲、乙進行組裝，裝注電解質(zhì)溶液層4和吸附染料的金屬氧化物顆粒層 3,并進行密封。
[0044] 以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā) 明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1. 一種高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池包括： 染料敏化電區(qū)域、鈣鈦礦電池區(qū)域和透明導(dǎo)電氧化物層￠);所述染料敏化電區(qū)域和鈣鈦 礦電池區(qū)域通過所述透明導(dǎo)電氧化物層（6)連接；所述染料敏化電區(qū)域包括：負(fù)極部件玻 璃基底（1)、透明導(dǎo)電膜層（2)、吸附染料的金屬氧化物顆粒層（3)、電解質(zhì)溶液層（4)和 Pt電極層（5);所述鈣鈦礦電池區(qū)域包括：金屬氧化物層（7)、鈣鈦礦膜層（8)、空穴傳輸層 (9)和正極部件；所述正極部件包括：透明導(dǎo)電薄膜層（10)和正極玻璃基底（11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜層 (2) 為摻F的氧化錫層或其他透明導(dǎo)電氧化物薄膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述吸附染料的金 屬氧化物顆粒層（3)中的金屬氧化物顆粒為Ti0 2顆粒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述金屬氧化物層 (7)為 BaTi03 層、ZnO 層或 Sn02 層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦膜層（8) 為 CH3NH3PbI3 層、CH3NH3PbBr3 層或 CH3NH3PbCl3 層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層（9) 為 2, 2'，7, 7' -四[N，N-二氨基]-9, 9' -螺二芴層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電薄膜 層（10)為背電極接觸摻Sn的氧化銦層。
8. -種制備權(quán)利要求1?7項任一項所述的高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池的方法，所述方 法分為如下步驟： 對含有摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層的玻璃基底進行超聲清洗； 對清洗后的玻璃基底進行烘干； 使用溶膠凝膠工藝，在玻璃基底摻F的氧化錫導(dǎo)電薄膜層上淀積金屬氧化物顆粒層 (3) ，作為部件甲； 使用溶膠凝膠工藝，依次在負(fù)極部件玻璃基底（1)上制備透明導(dǎo)電薄膜層（10)、空穴 傳輸層（9)、鈣鈦礦膜層（8)、金屬氧化物層（7)和透明導(dǎo)電氧化物層（6); 在透明導(dǎo)電氧化物層（6)上淀積Pt電極層（5)，作為部件乙； 將兩部件甲、乙進行組裝，裝注電解質(zhì)溶液層（4)和吸附染料的金屬氧化物顆粒層 (3)，并進行密封。
【文檔編號】H01G9/20GK104091692SQ201410241013
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉力鋒, 王逸然, 王國輝, 韓德棟, 王漪, 劉曉彥, 康晉鋒 申請人:上海北京大學(xué)微電子研究院