[实用新型]钙钛矿基薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种钙钛矿基薄膜太阳电池。

背景技术

太阳电池发电利用了特定半导体材料的光伏效应，具体而言，光与半导体的相互作用产生光生载流子，光生电子-空穴对再通过半导体内部形成的内建电场分别到达两极，产生电势。当与外电路相连时，就能源源不断地产生电流。这种半导体光电器件应该满足以下两个条件：（1）入射光的能量应大于半导体禁带宽度，并且半导体材料对入射光有足够大的吸收系数；（2）半导体有光伏结构，必须能形成内建电场。太阳电池转换效率是太阳电池最关键的技术指标，而电池效率的高低取决于电池材料的特性和整个系统的构架。目前硅基太阳电池技术是最为成熟、应用最广的光伏技术。但是，随着硅基太阳电池技术的日渐成熟，其缺陷也日益明显，一是转化率受限制，二是成本高。

目前太阳电池研究包括两个主要方向：（1）先不计成本地提高转换效率，再设法降低成本；（2）先寻求更廉价的光电转换材料，再逐步提高转化率。硅基薄膜、多元化合物薄膜、染料敏化、聚合物薄膜等各种替代技术随之诞生。近期，具有层状结构钙钛矿有机金属材料作为一种廉价、高吸光系数的吸光材料，受到关注。

钙钛矿基薄膜太阳电池主要包括两种结构，一种是基于钙钛矿对纳晶多孔宽禁带半导体薄膜（如TiO₂，ZnO，SnO₂）敏化的薄膜电池，另一种是以多孔绝缘材料薄膜（如Al₂O₃，ZrO₂，SiO₂等）为支架层的本体异质结薄膜电池。对于钙钛矿基薄膜太阳电池，存在的最大缺点是其对电极通常采用的是金、银等贵金属电极，这不仅会显著增加电池原料成本，同时贵金属电极的制备方法采用真空蒸镀或磁控溅射设备，大大提高电池的制作成本，并且受真空蒸镀或磁控溅射工艺的限制，很难实现大规模生产，极大地限制了钙钛矿基薄膜太阳电池的发展。在该技术领域，急切希望能够采用成本低的对电极材料来代替贵金属，并期望研制出新的成本低的适用工业生产的制备工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种低成本的钙钛矿基薄膜太阳电池。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种钙钛矿基薄膜太阳电池，包括：

透明衬底；

在所述透明衬底上形成的透明导电层；

在所述透明导电层上形成的且为半导体材料的致密层；

在所述致密层上形成的多孔绝缘层；

在所述多孔绝缘层上形成的多孔碳对电极层；以及

填充在所述多孔绝缘层内部的孔隙中的具有钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料。

本实用新型的钙钛矿基薄膜太阳电池在所述多孔绝缘层和多孔碳对电极层之间可以不设置有机空穴层。

在一种实施方式中，所述透明导电层的一部分可以延伸超过所述致密层、所述多孔绝缘层和所述多孔碳对电极层而暴露出来。

在一种实施方式中，所述多孔碳对电极层的一部分延可以伸超过其下的所述多孔绝缘层、所述致密层和所述透明导电层而形成在所述透明衬底上；并且，所述多孔碳对电极层的所述一部分与所述透明衬底上的所述透明导电层彼此绝缘。

在一种实施方式中，所述透明导电层可以具有彼此绝缘的正极区域和负极区域；其中，所述多孔碳对电极层的一部分、所述多孔绝缘层和所述致密层基本上形成在所述透明导电层的所述负极区域上；所述多孔碳对电极层的另一部分延伸超过所述多孔绝缘层、所述致密层和所述透明导电层的所述负极区域而形成在所述透明导电层的所述正极区域上。

在一种实施方式中，所述透明衬底可以为透明玻璃，并且，所述透明导电层可以为所述透明玻璃上的FTO薄膜。

在一种实施方式中，所述致密层可以为厚度在20-150nm之间的TiO₂薄膜。

在一种实施方式中，所述多孔绝缘层可以为厚度在200-1500nm之间的Al₂O₃，ZrO₂或SiO₂材料的多孔层。可选地，Al₂O₃，ZrO₂或SiO₂材料的形貌可以为纳米颗粒、纳米棒或纳米线。