[发明专利]光伏电池

说明书

相关申请的交叉引用

依照35U.S.C.§119(e)，本申请要求2011年2月3日提交的U.S.临时申请序列号61/439,122的优先权，其内容通过参考并入本文。

技术领域

本公开内容涉及光伏电池，以及相关的组分、系统、和方法。

背景技术

光伏电池通常用于将光形式的能量转换为电形式的能量。典型的光伏电池包括置于两个电极间的光活化材料。通常，光穿过电极之一或二者以与光活化材料相互作用。作为结果，电极之一或二者传输光（例如被光活化材料吸收的处于一个或多个波长的光）的能力可限制光伏电池的整体效率。在许多光伏电池中，将半导体材料的膜（例如，铟锡氧化物）用于形成光穿过其中的电极，因为虽然半导体材料可具有比导电材料低的导电性，但是半导体材料可传输比许多导电材料更多的光。

发明概述

该公开内容基于以下未预料到的发现：含Cu(I)的材料可被用于替代传统的酸性空穴载流子材料（例如，掺杂有聚苯乙烯磺酸盐（PSS）的聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT））以提供具有足够高能量转换效率的光伏电池。因此形成的光伏电池包括非酸性空穴载流子材料并因此可具有提高的稳定性和与传统的含酸性空穴载流子材料的光伏电池相匹敌的寿命。

一方面，该公开内容特征为一种包括第一和第二电极、在第一和第二电极之间的光活化层、和在第一电极和光活化层之间的空穴载流子层的制品。空穴载流子层包括含Cu(I)的材料。制品被构造为光伏电池。

另一方面，该公开内容特征为一种包括第一和第二电极、和在第一和第二电极之间的层的制品。该层包括含Cu(I)的材料。制品被构造为光伏电池。

实施方案可包括一个或多个以下特征。

在某些实施方案中，含Cu(I)的材料包括Cu(I)氧化物。例如，Cu(I)氧化物可包括Cu₂O或Cu_xO，其中x为大于1并小于2的数。

在某些实施方案中，含Cu(I)的材料包括Cu(I)盐。Cu(I)盐可包括Cu₂S、Cu₂Se、Cu₂Te、CuSCN、CuSeCN、或其组合。

在某些实施方案中，含Cu(I)的材料为纳米粒子形式。纳米粒子可具有至少约2nm和/或至多约200nm的平均直径。

在某些实施方案中，空穴载流子层进一步包括粘结剂。粘结剂可包括聚合物或溶胶凝胶。所述聚合物可包括丙烯酸系树脂、离子聚合物、或含受电子基团的聚合物。所述溶胶凝胶可由p-型溶胶形成，其可包括钒酸、氯化钒(V)、烷氧化钒(V)、氯化镍(II)、烷氧化镍(II)、醋酸铜(II)、烷氧化铜(II)、氯化钼(V)、烷氧化钼(V)、或其组合。在某些实施方案中，含Cu(I)的材料充分地均匀分散于粘结剂中。

在某些实施方案中，粘结剂为空穴载流子层体积的至少约1%和/或至多约50%。

在某些实施方案中，空穴载流子层具有至少约-6.5eV和/或至多约-4.8eV的功函数。

在某些实施方案中，空穴载流子层具有至少约5nm和/或至多约500nm的厚度。

在某些实施方案中，光活化层包括电子供体材料和电子受体材料。电子供体材料可包括选自聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚苯撑、聚苯基亚乙烯基、聚硅烷、聚亚噻吩基亚乙烯基、聚异硫茚(polyisothianaphthanenes)、聚环戊二噻吩、聚硅杂环戊二噻吩、聚环戊二噻唑、聚噻唑并噻唑、聚噻唑、聚苯并噻二唑、聚(噻吩氧化物)、聚(环戊二噻吩氧化物)、聚噻二唑并喹喔啉、聚苯并异噻唑、聚苯并噻唑、聚噻吩并噻吩、聚(噻吩并噻吩氧化物)、聚二噻吩并噻吩、聚(二噻吩并噻吩氧化物)、聚四氢异吲哚、聚芴、和其共聚物的聚合物。例如，电子供体材料可包括聚噻吩或聚环戊二噻吩。电子受体材料可包括选自富勒烯、无机纳米粒子、噁二唑、盘状液晶、碳纳米棒、无机纳米棒、含CN基团的聚合物、含CF₃基团的聚合物、和其组合的材料。例如，电子受体材料可包括取代的富勒烯。

由说明书、附图、和权利要求书，其它特征、目标、和优点将是显而易见的。

附图说明

图1为光伏电池实施方案的剖视图。

图2为含串联电连接的多个光伏电池的系统的示意图。

图3为含并联电连接的多个光伏电池的系统的示意图。

不同附图中相同附图标记指示相同元件。

发明详述