[发明专利]一种铁电增强型的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁电增强型的太阳能电池及其制备方法，其中该铁电增强型的太阳能电池包括导电基底(1)和依次沉积于该导电基底(1)上的空穴阻挡层(2)、介孔纳米晶层(3)、介孔间隔层(4)及介孔背电极层(5)，其中介孔纳米晶层(3)、介孔间隔层(4)和介孔背电极层(5)中的至少一层其介孔中还填充有光活性材料；并且，空穴阻挡层(2)、介孔纳米晶层(3)和介孔间隔层(4)中的至少一层包括铁电材料或铁电纳米复合材料。本发明利用结晶性良好的铁电纳米材料例如纳米颗粒代替普通薄膜，既具有较高的剩余极化强度，又不会对载流子的传输造成影响，经特定人工极化工艺处理后的无机铁电材料还能有效促进载流子的分离和传输。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种铁电增强型的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能以其取之不尽、用之不竭和清洁无污染等特点而受到广泛研究。太阳能电池直接将光能转化成电能可直接用于生产生活中，因此制备高效、稳定、低成本的太阳能电池对于解决当前面临的能源危机具有重要意义。太阳能电池在工作的过程中面临着电荷注入以及复合等损失，大幅度限制了太阳能电池的极限效率。

铁电材料的晶胞结构中正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，在外加电场作用下，电偶极矩的方向会沿着电场改变，从而在晶体内部呈现出取向的电场，晶体的这种性质叫铁电性。铁电材料以其特有的自发极化特性，可以形成不同于太阳能电池PN结的内建电场，把铁电材料应用在太阳能电池中，利用铁电材料自发极化电场与PN结内建电场的协同作用有望大幅度促进电荷的分离与传输并抑制复合，从而提升太阳能电池的效率。

其中聚合物铁电材料在聚合物太阳能电池中早有应用，Yuan等人利用LB膜的方法将聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))这种性能优异的聚合物铁电材料用于聚合物太阳能电池中，并通过人工极化的方式使铁电层正极指向共混层，该电场有效促进了共混层中的激子分离，并减小了电子空穴的复合，增加了电荷收集效率，最终使得电池的光电转换效率提高了近一倍(可参见参考文献：【1】Yuan Y,Reece T J,Sharma P,et al.Efficiencyenhancement in organic solar cells with ferroelectric polymers[J].Naturematerials,2011,10(4):296-302.)；随后，该小组又成功的将P(VDF-TrFE)单分子层应用于给受体材料层之间，利用铁电层形成的内建电场有效降低了给受体材料间的能级差，减小了激子转移过程中产生的能量损耗，使器件的开路电压提高了25％。

虽然有机铁电材料已经成功应用于聚合物太阳能电池中，但是也存在诸多问题，铁电材料的绝缘性质一方面会影响载流子在太阳能电池内部的传输，另一方面难以得到结晶性良好的有机铁电材料使得剩余极化强度大大降低。这些方面都限制了有机铁电材料在太阳能电池中的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种铁电增强型的太阳能电池及其制备方法，其中通过利用结晶性良好的铁电纳米材料例如纳米颗粒代替普通薄膜，一方面既具有较高的剩余极化强度，另一方面又不会对太阳能电池内部载流子的传输造成影响，经特定人工极化工艺处理后的无机铁电材料还能有效促进载流子的分离和传输，能够有效解决现有技术中仅采用有机铁电材料、太阳能电池性能受限的问题，并且本发明还利用该铁电增强型太阳能电池内各个层结构所采用的材料(包括具体的材料种类及粒径要求等)、各个层结构的形状参数等的整体配合，尤其有效控制各个介孔层的介孔形貌，使该铁电增强型太阳能电池整体具有良好的光电转换效应。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁电增强型的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括导电基底(1)和依次沉积于该导电基底(1)上的空穴阻挡层(2)、介孔纳米晶层(3)、介孔间隔层(4)及介孔背电极层(5)，其中所述介孔纳米晶层(3)、所述介孔间隔层(4)和所述介孔背电极层(5)中的至少一层其介孔中还填充有光活性材料；