CN103904218A - 基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构 - Google Patents

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孙艳
魏调兴
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Abstract

本发明公开了一种基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构，在透明导电衬底上依次生长包覆的金属纳米颗粒层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和金属电极层。其中金属纳米颗粒直径为10nm-100nm，包覆厚度为0.1nm-10nm，钙钛矿薄膜层厚度是50nm-200nm，空穴传输层厚度是50nm-300nm。此基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构可有效提高钙钛矿薄膜层吸收，并减少其电子空穴对的复合。本发明的优点是：工艺简单，成本低，可控性好，协调性高。

Description

基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构
技术领域
本发明涉及一种新型薄膜太阳能电池结构，具体指在透明导电衬底上依次生长包覆的金属纳米颗粒层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和金属电极层的多层结构。
背景技术
随着世界各国对能源需求的增加，传统化石能源逐步消耗殆尽，以及环境恶化，温室气体过多导致全球变暖和海平面上升，各国相继将目光投向新能源，寻求合理的能源供给模式，出台了一系列刺激新能源研究和产业发展的政策，而我国是耗能大国，政府对能源非常重视，成立了高规格的国家能源委员会。太阳能光伏发电作为新能源产业之一，近十年以平均超过40%的发展速度快速发展，太阳能发电具有诸多优势，如无资源枯竭危险，环境友好，维修需求少，适用地域广，应用范围大等等。
太阳电池的材料一般要求主要包括：半导体材料的禁带宽度适中；光电转化效率比较高；材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染；材料适合规模化、工业化生产，且性能稳定。随着对绿色能源的要求提高，太阳能发电将是未来人们应用能量来源的主要方式之一，材料成本和生产成本就必须大幅度的降低。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，近几年成了科技工作者的研究重点。
近年来随着薄膜太阳能电池的高效率效应的深入研究，钙钛矿薄膜太阳能电池逐渐引起广泛的关注和报道，其最高效率可达15%，并且有着很大的提升空间。本发明针对继续提高钙钛矿薄膜太阳能电池效率提出一种新型电池结构，可提高电池本体光吸收以及减少钙钛矿中的电子空穴对的复合效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提高光吸收，减少电子空穴对复合的新型钙钛矿薄膜太阳能电池结构。
本发明的方法是在利用气相和液相法在透明导电衬底上依次生长包覆的金属纳米颗粒层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和金属电极层。
一种基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构，其结构为：
在透明导电衬底1上依次为包覆的金属纳米颗粒层2、钙钛矿薄膜层3、空穴传输层4和金属电极层5。其特征在于：
所述包覆的金属纳米颗粒层2是利用氧化锌，二氧化硅或二氧化钛包覆金或银纳米颗粒的薄膜层，金属纳米颗粒尺寸为10nm-100nm，薄膜层厚度是15nm-500nm，中间包覆的金属纳米颗粒层的厚度为0.1nm-10nm；
钙钛矿薄膜层3是厚度为50nm-200nm的钙钛矿物质的多晶、非晶或晶体薄膜层；
空穴传输层4是厚度为50nm-300nm的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴或硫化铜薄膜层；
金属电极层5是银或金薄膜层。
本发明的优点是：此基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构可有效提高钙钛矿薄膜层吸收，并减少其电子空穴对的复合，工艺简单，成本低，可控性好，协调性高。
附图说明
图1：基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构的示意图。
具体实施方式：
实施例1：
在透明导电衬底上，利用磁控溅射方法溅射3nm金薄膜，最后将多层膜结构放入300℃环境下退火半小时形成表面为金颗粒随机分布薄膜层，平均尺寸为50nm，利用原子层沉积法沉积5nm氧化锌包裹金颗粒，包覆的金颗粒薄膜层厚度为60nm，然后利用气相沉积法沉积50nm厚的钙钛矿薄膜，利用溶胶凝胶法旋涂300nm硫化铜空穴传输层，并利用氩离子束溅射法溅射一层金电极。最终获得基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构。
实施例2：
在透明导电衬底上，利用旋涂法旋涂直径为100nm，包覆层厚度为10nm二氧化硅包覆的银颗粒薄膜层，薄膜层厚度为500nm，然后利用气相沉积法沉积200nm厚的钙钛矿薄膜，利用溶胶凝胶法旋涂200nm厚的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴传输层，并利用氩离子束溅射法溅射一层银电极。最终获得基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构。
实施例3：
在透明导电衬底上，利用氩离子束溅射方法溅射平均尺寸为10nm的金颗粒，利用原子层沉积法沉积0.1nm二氧化钛包裹银颗粒，包覆的金纳米颗粒薄膜层厚度为10nm，然后利用气相沉积法沉积100nm厚的钙钛矿薄膜，利用溶胶凝胶法旋涂50nm硫化铜空穴传输层，并利用氩离子束溅射法溅射一层金电极。最终获得基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构。

Claims (1)

1.一种基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构，其结构为：在透明导电衬底（1）上依次为包覆的金属纳米颗粒层（2）、钙钛矿薄膜层（3）、空穴传输层（4）和金属电极层（5），其特征在于：
所述包覆的金属纳米颗粒层（2）是利用氧化锌，二氧化硅或二氧化钛包覆金或银纳米颗粒的薄膜层，金属纳米颗粒尺寸为10nm-100nm，薄膜层厚度是15nm-500nm，中间包覆的金属纳米颗粒层的厚度为0.1nm-10nm；
钙钛矿薄膜层（3）是厚度为50nm-200nm的钙钛矿物质的多晶、非晶或晶体薄膜层；
空穴传输层（4）是厚度为50nm-300nm的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴或硫化铜薄膜层；
金属电极层（5）是银或金薄膜层。
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