CN101872794A - 介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池 - Google Patents

介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池 Download PDF

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沈悦
吴贵芝
顾峰
李琳瑜
刘秀勇
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Abstract

本发明涉及一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，包括：一位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的多带隙非晶硅太阳能电池；以及一位于底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池；其中多带隙非晶硅太阳能电池和组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池通过一透明导电薄膜连接形成叠层结构。本发明的特征在于顶部的太阳能电池与底部的太阳能电池具有不同的光谱相应范围，可以最大程度的提高太阳能的利用，从而提高电池的光电转换效率。另外该叠层太阳能电池具有制作工艺简单、价格低、有利于大规模生产等特点。

Description

介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着全球经济一体化的快速发展，能源问题越来越受到各国政府和能源产业的高度重视。能源问题关系到全球的可持续发展，成为制约社会发展的关键因素。随着石油、煤炭以及天然气等化石资源面临枯竭，太阳能等可再生能源越来越受到人们的关心和重视。太阳能作为一种纯净的可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优势：与化石燃料相比，太阳能取之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能更安全，不会污染环境和引起温室效应；与水能、风能相比，太阳能完全不受地理条件的限制，更利于大规模应用。
太阳能发电是将太阳能转换为电能的高端技术，它的发展历经单晶硅电池、多晶硅电池与非晶硅薄膜电池等阶段。多带隙非晶硅薄膜太阳能电池，在太阳能电池研制上的已经取得了很多新突破和新成果，它较之单晶硅太阳能电池，有着许多自身显著的特点。首先是生产成本低，原材料价格低，制造环境相对宽松；其次是制备得到的电池很薄，使用的硅材料较少；同时还可以使用柔性基板，它改变了以往太阳能电池的物体形态，由于其自身的柔性，使它可以连接到其它柔性物如塑料、纺织物以及刚性物如金属、建筑等静止或移动的物体上面。
由于非晶硅禁带宽度的限制，使得一部分低于禁带宽度能量的光从非晶硅太阳能电池中透过而不能被有效的吸收利用，这就白白浪费了很多太阳光的能量，将会降低电池的光电转换效率。通过与吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池形成叠层结构，可以拓宽太阳能电池的吸收范围，充分利用太阳光的能量，从而提高电池的光电转化效率。另外该叠层太阳能电池制作工艺简单、价格低、有利于大规模生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服电池光电转换效率不高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙太阳能电池的叠层结构，其特征在于，包括：一位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的多带隙非晶硅太阳能电池；一位于底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池；
所述的非晶硅太阳能电池包括最外层的透明衬底，次外层的透明导电氧化物层，以及里层的非晶硅半导体层组成；
所述的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池依次包括缓冲层，组装半导体量子点的介孔ZnO层，电解质以及催化剂层和最外层的透明衬底。
所述的透明衬底101、204为导电玻璃基板，所述的透明导电氧化物层为掺氟氧化锡，所述的非晶硅半导体层103-105分别为P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的缓冲层为透明导电薄膜，可选自氧化锌掺铝，或薄膜金，起到传输载流子的作用，所述的组装半导体量子点的介孔ZnO层201为组装了CdSe或CdTe量子点的ZnO层，所述的电解质202为I-/I3 -电解质，所述的催化剂层为铂金催化剂，该催化剂真空磁控溅射于导电玻璃基板204上。
本发明还提供了一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙太阳能电池的叠层结构，其特征在于，包括：一位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的多带隙非晶硅太阳能电池；一位于底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池；
所述的非晶硅太阳能电池包括最外层的透明衬底，次外层的透明导电氧化物层，以及里层的非晶硅半导体层组成；
所述的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池依次包括缓冲层，组装半导体量子点的介孔ZnO层以及催化剂层。
所述的透明衬底为导电玻璃基板，所述的透明导电氧化物层为掺氟氧化锡，所述的非晶硅半导体层103-105分别为P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的缓冲层为透明导电薄膜，可选氧化锌掺铝，起到陷光、减小光致衰退、传输载流子，从而提高电池稳定性的作用；所述的组装半导体量子点的介孔ZnO层201为组装了CdSe或CdTe量子点的ZnO层，起到吸收偏向长波的低能太阳光的作用、传输载流子的作用；所述的催化剂层203为通过真空磁控溅射的铂金催化剂，作为背反电极。
通过上述技术手段，本发明的一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙太阳能电池的叠层结构能达到以下效果：
(1)、可以实现组装半导体量子介孔ZnO太阳能电池来吸收近红外光；
(2)、所设计的叠层太阳能电池具有制作工艺简单，价格低廉的特点；
(3)、可最大程度的提高太阳光能的利用，降低光能损失，提高转换效率。
附图说明
图1是本发明介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池的结构设计图；
图2是本发明不含电解质的介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池结构设计图。
图中：101、透明衬底；
102、透明导电氧化物层；
103、非晶硅半导体P层；
104、非晶硅半导体I层；
105、非晶硅半导体N层；
200、缓冲层；
201、组装半导体量子点的介孔ZnO；
202、电解质；
203、铂金催化剂；
204、透明衬底。
具体实施方式
下面给出本发明的较佳实施例，并结合附图予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
实施例1
图1是本发明介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池的结构示意图；包括顶部吸收偏向短波的高能太阳光的多带隙非晶硅太阳能电池和底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池。多带隙非晶硅太阳能电池由最外层的透明衬底101，次外层的透明导电氧化物层102，以及里层的非晶硅半导体层103-105组成。组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池由缓冲层200，组装半导体量子点的介孔ZnO层201，电解质202以及催化剂层203和最外层的透明衬底204。
所用的透明衬底101、204的材料为导电玻璃基板，透明导电氧化物层102为掺氟氧化锡(FTO)，所用非晶硅半导体层包括非晶硅半导体P层103，非晶硅半导体I层104非晶硅半导体N层105，所用的缓冲层200的材料为Sol-Gel法制备的掺5％Al的ZnO薄膜，起到传输载流子的作用；201层的材料为组装了CdTe量子点的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏向长波的低能太阳光的作用。电解质202主要由I-/I3 -组成，起到氧化还原作用；催化剂层203为铂金催化剂。
实施例2
本发明介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池的结构示意图与图1相同。透明衬底101、204的材料为导电玻璃基板，透明导电氧化物层102为掺氟氧化锡(FTO)，所用非晶硅半导体层包括非晶硅半导体P层103，非晶硅半导体I层104非晶硅半导体N层105，所用的缓冲层200的材料为真空磁控溅射的金薄膜，起到传输载流子的作用；201层的材料为组装了CdTe量子点的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏向长波的低能太阳光的作用。电解质202主要由I-/I3 -组成，起到氧化还原作用；催化剂层203为铂金催化剂。
实施例3
图2是本发明不含电解质的介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池的结构示意图；包括顶部吸收偏向短波的高能太阳光的多带隙非晶硅太阳能电池和底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池。多带隙非晶硅太阳能电池由最外层的透明衬底101，次外层的透明导电氧化物层102，以及里层的非晶硅半导体层103-105组成。组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池由缓冲层200，组装半导体量子点的介孔ZnO层201，以及催化剂层203。
所用的透明衬底101的材料为导电玻璃基板，透明导电氧化物层102为掺氟氧化锡(FTO)，所用非晶硅半导体层包括非晶硅半导体P层103，非晶硅半导体I层104非晶硅半导体N层105，所用的缓冲层200的材料为Sol-Gel法制备的掺5％Al的ZnO薄膜，起到陷光、减小光致衰退、传输载流子，从而提高电池稳定性的作用；201层的材料为组装了CdTe量子点的介孔ZnO薄膜，起到吸收偏向长波的低能太阳光的作用。催化剂层203为真空磁控溅射铂金催化剂，作为背反电极。

Claims (4)

1.一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，其特征在于，包括：一位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的非晶硅多带隙太阳能电池；一位于底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池；
所述的非晶硅多带隙太阳能电池由最外层的透明衬底(101)，次外层的透明导电氧化物层(102)，以及里层的非晶硅半导体层(103)-(105)组成；
所述的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池依次包括缓冲层(200)，组装半导体量子点的介孔ZnO层(201)，电解质(202)以及催化剂层(203)和最外层的透明衬底(204)。
2.根据权利要求1所述的介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，其特征在于，所述的透明衬底(101)、(204)为导电玻璃基板，所述的透明导电氧化物层(102)为掺氟氧化锡，所述的非晶硅半导体层(103)-(105)分别为P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的缓冲层(200)为透明导电薄膜，选自氧化锌掺铝，或薄膜金，所述的组装半导体量子点的介孔ZnO层(201)为组装了CdSe或CdTe量子点的ZnO层，所述的电解质(202)为I-/I3 -电解质，所述的催化剂层(203)为铂金催化剂，该催化剂真空磁控溅射于导电玻璃基板(204)上。
3.一种介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，其特征在于，包括：一位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的非晶硅多带隙太阳能电池；一位于底部吸收偏向长波的低能太阳光的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池；
所述的非晶硅多带隙太阳能电池由最外层的透明衬底(101)，次外层的透明导电氧化物层(102)，以及里层的非晶硅半导体层(103)-(105)组成；
所述的组装半导体量子点的介孔ZnO太阳能电池依次包括缓冲层(200)，组装半导体量子点的介孔ZnO层(201)，以及催化剂层(203)。
4.根据权利要求3所述的介孔ZnO组装半导体量子点/非晶硅多带隙叠层太阳能电池，其特征在于，所述的透明衬底(101)为导电玻璃基板，所述的透明导电氧化物层(102)为掺氟氧化锡，所述的非晶硅半导体层(103)-(105)分别为P型、I型、N型非晶硅薄膜；所述的缓冲层(200)为透明导电薄膜，选自氧化锌掺铝；所述的组装半导体量子点的介孔ZnO层(201)为组装了CdSe或CdTe量子点的ZnO层；所述的催化剂层(203)为通过真空磁控溅射的铂金催化剂，作为背反电极。
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