[发明专利]捕获紫外光的透明光伏电池

说明书

本发明公开了一种透明光伏电池。所述透明光伏电池包括第一可见透明电极、包含带隙大于或等于约2.75eV的光吸收材料的可见透明活性层和第二可见透明电极。所述活性层设置在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间。所述透明光伏电池是可见透明的。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2018/1/9的美国临时专利申请US 62/615,283的优先权。本文引用上述申请的全部内容。

政府权利

本发明是在国家科学基金会授予的第1807573号政府资助下完成的。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明涉及捕获紫外光(UV)的透明光伏电池。

背景技术

本部分提供与本发明相关的背景信息，不一定是现有技术。

透明光伏技术(TPV)为建筑、车辆和温室上的智能窗户的生产提供了有效途径。TPV不仅能调节太阳能热量的传输，还能通过对太阳光谱中不可见的部分进行光电转换产生电能。通常来说，考虑到美学需要对移动电子产品与窗户的应用提出了严格的要求，决定TPV的采纳度的最主要的参数是总体平均可见光透明度(AVT)。为了实现透明度与效率的最高结合，需要选择性地捕获太阳光谱中的所有不可见部分，包含近红外光与紫外光，这导致TPV的效率极限最高可达20.1％，并且当AVT大于50％时，创纪录的效率大约为5％。

然而紫外线中的总体太阳光子通量大大减少，其理论效率最高可为7％。选择性地仅捕获紫外光中的光子的方法能产生很高的光电压(大于等于1.5V)，同时也可以集成更加传统的半导体，如GaN、ZnO和NiO。目前，只有少数紫外光捕获TPV器件被报道。例如，据报道，一种半透明NiO/ZnO紫外光伏电池的能量转换效率(PCE)为0.1％，其较大的带隙(3.3eV)严重地限制了其效率。最近，一种紫外捕集有机TPV也被报道，其PCE可达1.5％，AVT可达60％，但其可见带隙约为2.4eV。这些早期的研究是鼓舞人心的，并证明了TPV应用的良好潜力，但最终由于带隙远离理想的截止值(cutoff)，限制了附加优化的潜力。

由于这种紫外线捕获方法可以使用连续带吸收的半导体，这为卤化物钙钛矿(perovskite)提供了巨大的发展机会，现在人们正考虑将卤化物钙钛矿作为Si、CdTe和GaAs的替代物。卤化物钙钛矿材料以其优异的光电性能、高的量子效率和高达22.7％的认证效率，成为一种很强的光捕获材料。钙钛矿材料也是最便宜的光吸收半导体材料之一，可通过成分控制轻松调节带隙。因此，由钙钛矿材料制备得到的TPV器件是符合需要的。

发明内容

本部分提供本发明的概述，并不是对其全部范围或所有特征的全面披露。

在各个方面，本发明提供了一种透明光伏电池，其包括第一可见透明电极；包含带隙大于或等于约2.75eV的光吸收材料的可见透明活性层；和第二可见透明电极，其中所述活性层置于所述第一透明电极和所述第二透明电极之间，并且所述透明光伏电池是可见透明的。

在一方面，所述光吸收材料的带隙大于或等于约2.75eV且小于或等于约3.2eV。

在一方面，所述光吸收材料吸收波长小于或等于约450nm的紫外光(UV)。

在一方面，所述光吸收材料基本上不吸收波长大于或等于约450nm的光。

在一方面，所述透明光伏电池反射大于或等于10％的波长大于或等于约650nm至小于或等于约5000nm的光。

在一方面，所述光吸收材料为卤化物钙钛矿。

在一方面，所述卤化物钙钛矿包括卤化物钙钛矿纳米晶体。