本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，由于其直接利用光能轉(zhuǎn)化成電能，在能量轉(zhuǎn)化的過程中不產(chǎn)生污染物，是一種新型的清潔能源，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前的太陽能電池例如硅太陽能電池，薄膜太陽能電池和有機太陽能電池等普通存在光電轉(zhuǎn)換效率低、成本高、污染嚴(yán)重等問題。

介觀太陽能電池是一種采用介孔納米晶材料作為光陽極的太陽能電池，在這種太陽能電池中，吸光材料吸附在介孔納米晶電極上作為光陽極，一方面將生成的光電子注入到介孔納米晶電極并傳輸至導(dǎo)電基底中，另一方面將生成的空穴通過空穴傳輸層傳輸?shù)娇昭ㄊ占瘜又袕亩纬晒怆娏?。由于介孔納米電極具有非常大的比表面積，因此可以吸附足夠多的吸光材料從而獲得較大的光電流，具有非常高的理論效率。

例如專利文獻CN103441217A公開了一種基于鈣鈦礦類吸光材料的介觀太陽能電池，該介觀太陽能電池器件采取全印刷的方法制備而成，采用鈣鈦礦類納米晶體作為活性吸光材料，并利用其自身的空穴傳導(dǎo)性能在介孔絕緣間隔層中形成空穴傳輸層，直接將空穴傳輸至空穴收集層中，避免了有機P型材料的使用，可以解決目前的太陽能電池性能穩(wěn)定性不夠，同時采用介孔碳等相對廉價的材料作為空穴收集層，有效簡化了太陽能電池器件的制備工藝并降低了制作成本。這種介觀太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率高達33％。

但是，這種太陽能電池存在一個比較明顯的缺陷，即其僅僅吸收太陽光中可見光波長段的光線，太陽能電池中很大一部分能量以低于其吸光材料帶隙的光子，最終以熱能的形勢消散掉，對太陽能的利用率較低。同時，這種太陽能電池中，熱能對器件性能尤其是對器件的穩(wěn)定性和壽命有很大的影響，特別是在超高溫條件下，必須對其中的熱能進行處理，以避免對太陽能電池器件的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點或改進需求，本發(fā)明提供了一種太陽能電池及其制備方法，其采用全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將介觀鈣鈦礦太陽能電池與無機材料熱電池進行復(fù)合，采用相應(yīng)的制備方法進行集成，從而制備的太陽能電池不僅可以避免熱能對器件壽命的影響，提升太陽能電池的使用壽命和穩(wěn)定性，更為重要的是大大提高了對太陽能的利用率。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種太陽能電池，其包括自上而下依次布置的介觀鈣鈦礦太陽能電池、熱電電池和散熱器，其中，

所述介觀鈣鈦礦太陽能電池與熱電電池的電極采用粘接、或者通過蒸鍍、沉積或生長工藝在介觀鈣鈦礦太陽能電池的對電極上分別沉積不同P型和N型的熱電材料而集成，且所述介觀鈣鈦礦太陽能電池與熱電電池串聯(lián)或者并聯(lián)。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述熱電電池為多塊，各熱電電池依次串聯(lián)連接，且第一塊熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極粘合，最后一塊熱電電池的冷端與散熱器表面粘合。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述介觀鈣鈦礦太陽能電池為基于三層膜結(jié)構(gòu)和平面印刷結(jié)構(gòu)的印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，其中三層結(jié)構(gòu)具體為依次疊加布置的納米晶層，絕緣間隔層和空穴收集層。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述熱電電池采用BiTe基等室溫下優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體熱電材料制備的熱電器件。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，還包括設(shè)置在散熱器4下部的氣冷或水冷裝置5。

按照本發(fā)明的另一方面，提供一種太陽能電池的制備方法，用于制備集成介觀鈣鈦礦太陽能電池與熱電電池的復(fù)合太陽能電池，其特征在于，該方法具體包括：

其包括將介觀太陽能電池和熱電電池表面作擦拭清潔處理；

使用粘合劑將熱電池?zé)岫伺c介觀鈣鈦礦太陽能電池的碳電極相粘合、將熱電電池的冷端與散熱器表面粘合；

將熱電池冷端與散熱器粘接。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述熱電電池為多塊，各熱電電池依次串聯(lián)連接，且第一塊熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極粘合，最后一塊熱電電池的冷端與散熱器表面粘合。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述介觀鈣鈦礦太陽能電池為基于三層膜結(jié)構(gòu)和平面印刷結(jié)構(gòu)的印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，其中三層結(jié)構(gòu)具體為依次疊加布置的納米晶層，絕緣間隔層和空穴收集層。

按照本發(fā)明的又一方面，提供一種太陽能電池的制備方法，用于制備集成介觀鈣鈦礦太陽能電池與熱電電池的復(fù)合太陽能電池，其特征在于，該方法具體包括：

在介觀鈣鈦礦太陽能電池上通過蒸鍍、沉積或生長工藝在其對電極上分別沉積不同P型和N型的熱電材料；

依次成膜和沉積電極，使得器件聯(lián)接成為一個整體；

集成散熱器，形成太陽能電池。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述熱電電池為多塊，各熱電電池依次串聯(lián)連接，且第一塊熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極粘合，最后一塊熱電電池的冷端與散熱器表面粘合。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述介觀鈣鈦礦太陽能電池為基于三層膜結(jié)構(gòu)和平面印刷結(jié)構(gòu)的印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，其中三層結(jié)構(gòu)具體為依次疊加布置的納米晶層，絕緣間隔層和空穴收集層。

本發(fā)明的復(fù)合太陽能電池器件，在有光照的時候(主要是太陽光)，介觀鈣鈦礦太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能，而電池溫度也升高，此時在復(fù)合器件中，通過熱電池的組合疊加從而能夠拉大熱電電池上下表面的溫度差，利用賽貝克效應(yīng)，將熱能轉(zhuǎn)換為電能。另一方面，由于介觀太陽能電池的碳電極對太陽光譜有幾乎全吸收，因此組合器件能充分利用太陽能，實現(xiàn)太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率進一步的提高。同時，由于光電熱電電池的復(fù)合，熱電對鈣鈦礦太陽能電池表面溫度進行熱電轉(zhuǎn)換利用，使得鈣鈦礦太陽能電池整體溫度有所降低，從而解決了鈣鈦礦太陽能電池在高溫下工作熱穩(wěn)定性的問題。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中將介觀鈣鈦礦太陽能電池與無機材料熱電池進行復(fù)合集成，制備的太陽能電池不僅可以避免熱能對器件壽命的影響，提升太陽能電池的使用壽命和穩(wěn)定性，更為重要的是大大提高了對太陽能的利用率；

(2)本發(fā)明利用介觀鈣鈦礦太陽能電池介孔膜結(jié)構(gòu)天然優(yōu)勢，即碳對電極既能導(dǎo)電，也能幾乎吸收全光譜，發(fā)熱較嚴(yán)重，從而能夠很好的與熱電材料復(fù)合，提高熱電轉(zhuǎn)換效率；

(3)本發(fā)明利用電極修飾和界面工程，在單基板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦碳電極上直接進行熱電材料的連接與制備，將兩個器件真正的集成在一起，減小了界面阻抗；

(4)本發(fā)明將光伏太陽能電池和熱電池進行集成，利用光電熱電集成器件，既可以大幅度提高太陽能的利用率，另一方面利用太陽能電池吸收特定波段的太陽光，通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能，既減緩電子產(chǎn)品的老化提高壽命，又通過對這部分熱能的吸收利用，可以進一步提升太陽能電池的壽命。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種介觀鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的一種熱電電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的光電熱電復(fù)合太陽能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的復(fù)合電池的等效電路圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1為單基板介觀鈣鈦礦太陽能電池，2為熱電電池，3為散熱器，4為氣冷或水冷裝置。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本實施例的基于介觀太陽能電池與熱電電池復(fù)合的太陽能電池器件結(jié)構(gòu)如圖3所示，器件結(jié)構(gòu)從圖3來看，自上而下依次為介觀太陽能電池1，熱電電池2，散熱器3和氣冷或水冷裝置4。

本實施例中介觀太陽能電池優(yōu)選為介觀鈣鈦礦太陽能電池，也可以為其他類型的鈣鈦礦太陽能電池。更優(yōu)選地，介觀鈣鈦礦太陽能電池為基于三層膜結(jié)構(gòu)和平面印刷結(jié)構(gòu)的印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，三層結(jié)構(gòu)具體為依次層疊的納米晶層，絕緣間隔層，空穴收集層。當(dāng)然，本發(fā)明中的介觀鈣鈦礦太陽能電池并不限于此，介觀鈣鈦礦太陽能電池在業(yè)內(nèi)以有較為成熟的類型，其也可以采用其它結(jié)構(gòu)類型。

將介觀太陽能電池與熱電電池集成的復(fù)合器件，可以同時利用光伏效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)(光照溫度升高)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。

如圖3所示，熱電電池位于太陽能電池下面，具體集成方法可以采用直接疊加的方法，也可以采用沉積膜的方式進行太陽能電池與熱電電池結(jié)合。

下面的實施例中，采用直接疊加方法對集成方式進行詳細說明。

本實施例中，介觀鈣鈦礦太陽能電池2優(yōu)選使用三層膜結(jié)構(gòu)或平面印刷結(jié)構(gòu)的基于鈣鈦礦吸光材料的介觀太陽能電池，當(dāng)然與可以采用其他類型的介觀太陽能電池。熱電電池優(yōu)選采用BiTe基半導(dǎo)體熱電發(fā)生片(thermoelectric generator)或半導(dǎo)體熱電制冷片，當(dāng)然也可以采用其他類型的熱電電池。

集成時，首先將介觀太陽能電池和熱電電池表面作擦拭清潔處理，保持表面清潔干燥無污染物。然后，使用導(dǎo)熱硅脂，液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑，將熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極相粘合，熱電電池的冷端與散熱器表面用導(dǎo)熱硅脂、液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑進行粘接。

在一個實施例中，熱電電池為多塊，其串聯(lián)疊加，相應(yīng)地，制備時，第一塊熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極相粘合，冷端與另一塊熱電電池的熱端用導(dǎo)熱硅脂、液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑相粘，依次類推，最后一塊熱電電池的冷端與散熱器表面用導(dǎo)熱硅脂、液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑相粘。例如，如果是兩塊熱電電池塊串聯(lián)組成的熱電電池，則第一塊熱電池?zé)岫伺c鈣鈦礦單基板太陽能電池的碳電極相粘合，冷端與第二塊熱電電池的熱端用導(dǎo)熱硅脂、液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑相粘，第二塊熱電電池的冷端與散熱器表面用導(dǎo)熱硅脂、液態(tài)金屬等導(dǎo)熱性能良好的粘合劑相粘。

該實施例中，通過多塊熱電電池疊加，并且在最下面裝備散熱設(shè)備，從而拉大熱電電池最上端和最下端的溫差，根據(jù)賽貝克效應(yīng)，產(chǎn)生的電壓正比于溫度差，能夠顯著增大轉(zhuǎn)換效率。

介觀鈣鈦礦太陽能電池與熱電電池的電極、各塊熱電電池電極均采用串聯(lián)的方式相連，另外通過對電極的處理和界面的修飾，將鈣鈦礦太陽能電池的正極與熱電電池的負(fù)極有機的連接起來，最后引出正負(fù)極導(dǎo)線。

在一個優(yōu)選實施例中，也可以采用薄膜層積法，即通過在已經(jīng)制備的鈣鈦礦太陽能電池上通過蒸鍍、沉積、生長等方法在碳對電極上分別沉積不同P型和N型的熱電材料組合成一對熱電偶，然后再在P型和N型熱電材料上沉積電極，最后封裝組成集成的光電熱電器件。本實施例中，在鈣鈦礦太陽能電池的碳電極上直接沉積或生長P型和N型的熱電材料，使得器件的聯(lián)接成為一個整體，由于采取直接沉積和生長的方式，因此器件界面處的電荷積累和損耗可以調(diào)控而減小，一方面提升太陽能利用，有效的提升光電熱電器件的光電轉(zhuǎn)換效率，另一方面延長介觀太陽能電池的使用壽命及穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，熱電電池采用在常溫下ZT值較大的P型和N型熱電材料組成PN對的熱電器件，以得到較高的熱電轉(zhuǎn)換效率。

能量轉(zhuǎn)換效率是器件最大輸出功率與太陽光功率的比值，而在特定條件下(光強，溫度)，太陽能電池與熱電電池有各自的轉(zhuǎn)換效率，若是簡單地光伏和熱電器件疊加，兩者成為一個整體，內(nèi)阻不匹配內(nèi)損過大，各自的輸出功率都小于原來的輸出功率。本發(fā)明一個實施例的方案中采用直接粘連的方法，工藝簡單，操作方便，制備快捷。另一個實施例的方案中相比直接粘連的方案，一方面通過對熱電器件阻值的選擇，調(diào)控集成器件的內(nèi)阻，降低損耗；更重要一方面是，集成器件內(nèi)損過主要來自兩個器件連接處的界面阻抗，本發(fā)明方案中通過采用蒸發(fā)、層級或者生長工藝在鈣鈦礦對電極上分別沉積不同P型和N型的熱電材料，將兩個器件有機串聯(lián)起來，可以有效減小界面阻抗，幾乎沒有界面阻抗，從而可以將太陽能電池與熱電電池進行有效地集成。

此外，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率受溫度影響較大，較高的溫度會降低器件效率，而熱電電池恰好可以利用太陽能電池的熱量為自身發(fā)電，同時又降低了太陽能電池溫度，提高了太陽能電池效率。

本發(fā)明中，將有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池和熱電池通過電極連接起來做成疊層太陽能器件，不僅利用了太陽光中可見光波長段的光線，還利用了太陽光中近紅外、紅外光波長短的光線，實現(xiàn)對太陽能充分利用，從而獲得較高效的光電轉(zhuǎn)換效率，提升了太陽能的利用。

另外，本發(fā)明充分利用介觀鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)勢，如：碳對電極對光全譜幾乎全部吸收的特性，可以吸收幾乎100％的太陽光；因此這種結(jié)構(gòu)除了鈣鈦礦層光電轉(zhuǎn)換外，碳會發(fā)熱嚴(yán)重，通過與熱電器件的疊加，可以提升光電(光伏+熱電)效率；另外一方面可以利用熱電器件的制冷效應(yīng)，使得整個器件的溫度不會增加太高，從而達到解決鈣鈦礦電池?zé)釛l件下不穩(wěn)定的目的。

同時，本發(fā)明涉及的有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池是一種較大面積，穩(wěn)定，廉價和使用效率高的光伏器件，通過電極的修飾和界面處理能夠很好的很熱電電池連接起來，真正實現(xiàn)兩個器件的結(jié)合，減小內(nèi)阻和內(nèi)部的損耗，效率可以提升近5％。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。