[发明专利]一种基于热载流子的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于热载流子的太阳能电池，包括第一导电电极，所述第一导电电极上依次设有电子传输层、第二导电电极、吸光层。本发明基于热载流子的基本理论和太阳能电池的工作机理，设计并制备了一种直接利用热电子工作产生光电流的太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种基于热载流子的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源是社会进步和经济发展的重要支柱，由于传统的化石能源的使用造成了严重的环境污染，因此，发展清洁能源是可持续发展的必然要求。太阳能是一种清洁无污染的能源，作为太阳能利用的主要方式之一，太阳能电池近年来得到了大力的发展。

太阳能电池是基于光激发半导体产生载流子，载流子经过导带和价带的输运经过外电路形成回路，获得电能的一种光电转换装置。光的能量小于半导体的禁带宽度时不能被半导体吸收产生光电流。当光的能量高于半导体的禁带宽度时，光激发的电子的能量高于半导体的导带，但是传统的太阳能电池并不能直接利用该高能的电子。处于半导体的导带之上的高能激发电子会通过热驰豫过程释放多余的能量而回到半导体的导带。因此，在传统的太阳能电池中高能的热电子能量无法被利用，造成了一定的能量损失。设计制备有效的太阳能电池来利用热载流子的能量，一直是科研工作者的努力方向之一。但是由于热载流子的驰豫在皮秒的时间尺度，发生过程的时间极短，设计制备有效的热载流子电池一直是实验的难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于热载流子的太阳能电池及其制备方法，用于解决现有技术中太阳能电池无法直接利用光激发的高能电子等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种基于热载流子的太阳能电池，包括第一导电电极，所述第一导电电极上依次设有电子传输层、第二导电电极、吸光层。

在本发明的实施例中，所述第一导电电极选自金属材料或透明导电玻璃。

在本发明的实施例中，所述金属材料选自金、银、铝或铜。

在本发明的实施例中，所述透明导电玻璃选自导电玻璃FTO或ITO。

在本发明的实施例中，所述电子传输层选自N型半导体材料。

在本发明的实施例中，所述第二导电电极选自金属材料或导电氧化物，金属材料具体可以为金、铂等。

在本发明的实施例中，所述吸光层选自具有光激发特性的半导体材料。

在本发明的实施例中，所述吸光层选自钙钛矿材料。

在本发明的实施例中，所述电子传输层的厚度为30～120nm。

在本发明的实施例中，所述第二导电电极的厚度为15～30nm。

在本发明的实施例中，所述吸光层的厚度为100～200nm。

本发明第二方面提供一种基于热载流子的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)电子传输层层的制备：在第一导电电极上制备电子传输层；

2)第二导电电极的制备：通过磁控溅射在所述电子传输层上镀第二导电电极；

3)吸光层的制备：在所述第二导电电极上制备吸光层。

在本发明的一些实施例中，步骤1)中，所述第一导电电极选自导电玻璃FTO，所述电子传输层选自TiO₂。