CN102834925A

CN102834925A - 太阳能电池

Info

Publication number: CN102834925A
Application number: CN2011800139841A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·阿希巴尔德·罗纳德·瓦特
Original assignee: Oxford University Innovation Ltd
Current assignee: Oxford University Innovation Ltd
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-12-19
Also published as: WO2011086355A3; EP2523741A2; WO2011086355A2; GB201000693D0; US20130042910A1

Abstract

本发明提供了一种包括阳极(12)和阴极(11)以及阳极(12)和阴极(11)之间的光敏层(14)的太阳能电池，其中，光敏层至多厚1000nm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中铅氧化物掺杂有锑和/或铟。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明涉及光伏材料领域，更具体地涉及太阳能电池、用于制造太阳能电池的方法以及用于再利用太阳能电池的方法。

背景技术

现代太阳能电池可以分类为三代中的一代。第一代电池由昂贵、能源密集型(生产过程中)、大面积、高品质的单结器件组成。第二代电池依赖于已经被开发为降低所包含的成本、但是由于低质量处理方法的固有缺陷而具有降低的效率的薄膜技术和材料。第三代技术的目的是提供增强的性能同时维持非常低的生产成本。

主要的第二代薄膜太阳能电池包括铜铟镓二硒(CIGS-CIS)和碲化镉。US5464939公开了一种这样的薄膜太阳能电池。这些系统的毒性及其对昂贵的稀土金属的使用阻碍了它们大量进入市场。因此，需要开发耐用的、具有低生产能源成本和低毒性并且能够再利用的新的第二代薄膜光伏材料。十多年来，由钛和锌组成的金属氧化物一直是激子太阳能电池(excitonic solar cell)技术的基石，其中这些金属氧化物起电子作用而不是起光活化作用。

US2883305中公开了具有金属阳离子和非金属阴离子的多种二元化合物例如镁的氧化物、铁的氧化物、铜的氧化物以及铅的氧化物的光电特性。US4173497中探讨了非晶的二氧化铅的光电特性。

因此，期望在已知的电池和方法上改进或者至少减轻与现有技术相关联的一些问题或全部问题的太阳能电池及其制造方法。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种太阳能电池，其包括阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的光敏层，其中光敏层至多厚1000nm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中铅氧化物掺杂有锑和/或铟。

本发明提供了太阳能电池。太阳能电池有时被称作光伏电池或光敏电池，是通过光伏效应将太阳能转化成电的广域电子器件。因此，本发明公开了用于将日光和/或其它光源转化成电的器件。太阳能电池的优选实施方案是所谓的第二代太阳能电池，并且因此，本发明的太阳能电池特别适用于通过使用电池组合件形成太阳能电池阵列的大面积发电。

在下面的段落中，将更详细地限定本发明的不同方面/实施方案。这样定义的每个方面/实施方案可以与任意的其它一种或更多种方面/实施方案组合，除非另有清楚的相反说明。具体地，被指明为优选的或有利的任意特征均可以与被指明为优选的或有利的任意其它一种或更多种特征相组合。

术语“光敏材料”表示它吸收光子。当发生吸收光子时，在电子被激发时产生电子-空穴对。铅氧化物具有适合吸收来自可见光的入射光子的一部分的带隙。例如，红色形式的Pb₃O₄具有2.1eV-2.2eV的带隙。这理论上给出了约20％的最大潜在功率转换效率。具有比带隙低的能量的光子直接穿过、反射离开表面、或者被吸收以产生热。较高能量的光子可以被吸收，并且过量的能量转化成热。材料中过量的热能倾向于增加材料的电阻，并且这降低了光子/空穴传送的效率。因此，带隙选择是窄至足以吸收充足的光子与宽至足以避免产生过多的热致电阻之间的平衡。本发明人已经发现，掺杂有In或Sb的铅氧化物的带隙特别适于吸收来自可见光的光子。

光敏层包括结晶的经掺杂铅氧化物作为光敏材料。本文中使用的术语“铅氧化物”包括掺杂有In和/或Sb的所有化学计量比的铅和氧二元组成。可以用于本发明的经掺杂常用铅氧化物包括PbO、PbO₂、Pb₂O₃、Pb₃O₄和Pb₁₂O₁₉以及它们的各种缺乏氧或富含氧的化学计量。可以通过常规的元素分析技术来确定具体的组成。PbO₂通常呈现金属特性，但是可以以半导性的氧缺乏或经掺杂的形式使用。

优选地，铅氧化物的实验式为Pb_1-xSb_yO、Pb_1-xIn_zO或Pb_1-xSb_y′In_z′O，其中，x、y、z和(y′+z′)独立地为0.5至0.01。优选地，x、y、z和(y′+z′)中的每一个独立地为0.30至0.01，更优选地为0.20至0.01，还更优选地为0.15至0.05，并且最优选地是约0.1。为了避免疑义，(y′+z′)是y′和z′的和。(y′+z′)中的y′与z′之比优选地在5∶1与1∶5之间，更优选地在2∶1与1∶2之间，并且最优选地为约1∶1，例如，当(y′+z′)是0.1时，y′和z′各自为0.05。

x与y、z或(y′+z′)之比优选地为0.75至1.25。更优选地，该比值为0.95至1.05，并且最优选地，该比值为约1。即，该结构缺乏的铅的量已经被铟、锑或铟和锑的组合所代替。

可以将掺杂到结构中的铟和/或锑替代地引入铅氧化物结构中来代替铅。作为替代方案，或者组合地，铟和锑可以采用间隙位置。这取决于铅氧化物的给定结构。因此，本文中使用的术语“掺杂”意在涵盖将铟和/或锑替代和/或间隙引入结构中两者。

掺杂的程度可以在光敏层的厚度范围内变化。在一个优选实施方案中，靠近电极触点的区域中的掺杂增大。

光敏层还可以包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。这可以被混合以与铅氧化物相互渗透，或者，作为一个替代方案，铅氧化物可以形成离散层。

图2a)示出根据本发明的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括离散(掺杂的)铅氧化物层和包含锌氧化物的层。

图2b)示出根据本发明的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括混合且相互渗透的(掺杂的)铅氧化物层和锌氧化物。

锌氧化物和/或钛氧化物用作铅氧化物的LUMO(分子最低空余轨道)的电子受主。即，锌氧化物和/或钛氧化物具有与铅氧化物类似的能量LUMO。另外，LUMO的能量优选地稍微低，即，需要较高的能量来离解电子。图3示出合适的能级布置。使用一种或更多种如上所述的另外的金属氧化物的优点是电池变成所谓的混合金属氧化物异质结电池。在光伏材料中产生的电子可以被传递到一种或更多种另外的金属氧化物的LUMO，如果所述LUMO具有较低能量，则基本上陷获电子并且防止电子返回到铅氧化物以淬灭空穴。类似地，较高能量的阳极的益处有助于陷获所产生的空穴。

所述至少一种另外的金属氧化物可以位于光敏层内的离散层中，使得光敏层包括铅氧化物层和包括所述至少一种另外的金属氧化物的一个或更多个层。或者，在一个优选实施方案中，将铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物混合并且与其相互渗透。以这种方式，一旦已经形成电子-空穴对，则电子可以被传送到电子受主并且传导至阴极。在结晶铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物更多地混合和相互渗透的实施方案中，电子-空穴对形成位点与受主材料之间的短距离有助于防止在到达它们对应的电极之前发生不期望的电子-空穴淬灭。

在包括铅氧化物以及至少一种另外的金属氧化物两者的太阳能电池中，铅氧化物与至少一种另外的金属氧化物之比优选地为20∶1至1∶20。该比值更优选地为5∶1至1∶5。如果层中的铅氧化物过少，则由于最小的光子吸收，太阳能电池的效率降低。

当铅氧化物形成离散层时，优选地，该层直接形成在阳极上。作为替代方案，或者另外地，该层可以直接形成在阴极上。光敏层优选地与阳极和阴极中的至少一个直接接触，并且更优选地与两者直接接触。但是，在另外的实施方案中，可以在光敏层与阳极和阴极中的一者或两者之间引入或形成一个或更多个另外的层。用于引入的合适的层是本领域中已知的用于太阳能电池的层，例如，缓冲层或另外的导电层。实际上，可以通过在阳极/阴极处引入电子/空穴阻挡层来使无效的电子-空穴复合最少。此外，可以向太阳能电池的外表面施加涂层，例如抗反射涂层或保护层。这在本领域中是常见的和已知的。

在本发明的太阳能电池中，光敏层至多厚1000nm。光敏层优选地是薄膜。光敏层优选地具有500nm或更小的厚度，优选地是250nm或更小，并且最优选地为100nm至1nm。在优选实施方案中，膜的厚度在10nm至200nm之间，或者更优选地在50nm至150nm之间。

已经观察到，光敏层的厚度影响电池的性能。光敏层的性质以及它的吸收光子的能力影响期望的层厚度；在较厚的层中倾向于使用弱的吸收体以吸收更多光子。同时，有利的是具有薄层，以使需要的光伏材料的量最小并因此降低成本。出乎意料地，已经发现，当施加结晶铅氧化物作为薄的光敏层(即500nm或更小)时，可以将结晶铅氧化物用作光敏层。铅氧化物的薄层也提供了如下益处：在到达将其夹在之间的相应的阴极/阳极之前，所产生的电子/空穴较不可能被淬灭。

可以通过如下技术来确定光伏材料的厚度：显微术、表面轮廓测量(Dektak)、扫描探测显微术(SPM)技术如原子力显微术以及椭偏测量术或本领域中已知的其它这样的技术。或者，取决于形成光敏层的技术，可以通过使用固定量的层形成材料来计算层的厚度。例如，如果通过溅射施加层，则可以基于每单位面积施加的铅氧化物的量来计算期望的层厚度。沿垂直于光敏层的平面的方向测量光敏层的最上层与最下层之间的厚度。在光敏层直接形成于阳极之上的实施方案中，该方向也垂直于阳极的平面。

结晶铅氧化物可以是多晶的或单晶的。术语“结晶”主要包括单晶体结构和/或多晶结构和/或单晶体结构与多晶结构之间的结构。结晶材料是，其中组成原子、分子或离子以在所有三个空间维中延伸的规则排序的、重复的模式堆积的固体。多晶体是由具有变化方向的多个较小的晶体制成的材料。方向的变化可以是任意的或定向的，这可归因于生长和处理条件。相反，如果铅氧化物不呈现这样的一种或更多种规则结构，则铅氧化物为非晶铅氧化物。

优选地，铅氧化物层包括不大于20％、更优选地小于10％、并且最优选地小于5％的非晶铅氧化物。理想地，在光敏层中基本没有非晶铅氧化物。所存在的非晶铅氧化物的量可以通过定量的X射线衍射、用于定量查看的透射电子显微术或本领域中已知的其它这样的技术来确定。

当结晶铅氧化物是多晶时，优选地，结晶体具有1nm至1000nm、优选地10nm至500nm、更优选地10nm至200nm、以及最优选地20nm至100nm的平均晶体直径。关于晶体尺寸、形状以及尺寸离差的信息可以通过X射线衍射、透射电子显微术或本领域中已知的其它这样的技术来确定。

出乎意料地，已经发现，铅氧化物的结构中的结晶越多，则铅氧化物作为光伏材料就越有效。因此，单晶层是优选的。当这不可能时，为了使层间边界最小以及因此提高效率，优选地，多晶结构呈现对应于光敏层的深度的晶体尺寸。

发明人已经发现，结晶铅氧化物可以是多型的。即，光敏层的铅氧化物晶体可以包括具有不同晶体结构的晶体。具体地，晶体可以具有相同的或类似的组成元素的化学计量比但是具有不同的物理结构。发明人已经发现，使用多晶铅氧化物作为光敏层使得能够利用在可见光中的透射窗口吸收宽带光。因此，如本文中描述的，在一个优选实施方案中，可以通过设置透明的或薄的(即，金属丝网)电极来提供透明的太阳能电池。

此外，对于多晶结构，优选地，与纳米级晶体尺寸的标准偏差小于100，更优选地小于20，更优选地小于5以及最优选地小于1。已经发现，晶体结构越规则，则效率越高且越可靠。

光敏层的铅氧化物中铅原子与氧原子之比优选地为0.5∶1至0.99∶1，并且更优选地为0.55∶1至0.75∶1。根据一个实施方案，铅氧化物基本上包括掺杂的铅丹(Minimum)(Pb₃O₄)。即，Pb与O之比是0.75∶1。

优选地，阳极和阴极中的至少一个对可见光基本是透明的并且优选地包括掺杂的金属氧化物。按照优选实施方案，合适的掺杂的金属氧化物包括铝掺杂的锌氧化物和/或铟锡氧化物。优选地，阳极和阴极中的至少之一包括铝、铂、金、钯、铜或银、或者包括铝、铂、金、钯、铜或银中任意的合金，最优选地是铝。因此，在最优选实施方案中，阳极和阴极中的一个为铝，并且另一个对可见光基本上是透明的。

本发明的太阳能电池提供了大量超过本领域中已知的太阳能电池的出乎意料的益处。使用结晶的经掺杂铅氧化物的薄层在电产量所需要的材料的量和成本方面出乎意料地有效。铅氧化物便宜(例如，比钛氧化物便宜)、具有增强的稳定性、在制造中容易操作、有吸引力(由于带隙的颜色：Pb₃O₄是红色、PbO是黄色以及Pb₁₂O₁₉是褐色)、比其它替代物毒性小(例如，包含铟的电池)、可再利用并且因此是可持续的。此外，薄膜中的结晶的经掺杂铅氧化物提供了出乎意料的少数载流子迁移特性。因此，电子/空穴对在被淬灭之前更有可能到达阴极/阳极，并且电池表现出更大的效率。

在第二方面中，本发明提供了一种用于制造太阳能电池的方法，该太阳能电池包括依次布置的第一电极、光敏层和第二电极，所述方法包括：

提供具有表面的第一电极；

在第一电极的表面上形成光敏层，该光敏层至多厚1000nm并且包括掺杂有铟和/或锑的结晶铅氧化物作为光伏材料；以及

在光敏层上提供第二电极。

第一电极和第二电极形成太阳能电池的阴极和阳极。在常规的电解电池中，阳极是电子在该处离开并且发生氧化的电极，阴极是电子在该处进入并且发生还原的电极。但是，在二极管形式的太阳能电池中，阳极是电子流入电池的地方。阴极是电子离开电池的地方。

在本发明的器件中，阳极和阴极通过电极中的可用导电带的能级确定。这通过图3示出。PbO的LUMO的能级与含氟的锡氧化物(FTO)最匹配。HOMO(最高被占用分子轨道)与铂最匹配。因此，当果产生了电子-空穴对时，电子移动至FTO，空穴移动至Pt。这使得Pt为阳极，FTO为阴极。

为了使光被光敏层吸收，优选地，阳极和阴极中的至少一个对可见光基本是透明的。这可以通过选择对可见光透明的导电材料来实现。在另一实施方案中，可以由导线的薄网或等同物来形成阳极/阴极，使得光线能在阳极与阴极之间穿行。优选地，阴极是透明的。优选的透明导电材料包括掺杂有铝的锌氧化物和/或铟锡氧化物(ITO)。

阳极优选地是包括铝、铂、铜、金、钯或银、或者包括有铝、铂、铜、金、钯或银中的任何的合金的表面。最优选地，阳极由铝制成，原因是这能够有利于导致与光敏层形成肖特基型界面。本领域技术人员应当理解，选择的材料应该具有对应于光敏层中的铅氧化物的能级，因此，可以使用透明阳极并且具有包括上述金属中的一种或更多种的阴极。

优选地，通过在第一电极的表面上提供铅与铟和/或锑的前体层并且之后将前体层与氧源接触来形成光敏层。可以通过同时或依次以任意顺序沉积金属来形成前体层。

可以通过气相沉积、电沉积、热蒸镀、离子镀、反应溅射或溶胶-凝胶/施加胶体纳米粒子涂料来形成光敏层。

优选地，光敏层包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。关于第一方面的太阳能电池对此进行了更详细的描述。

在本发明的方法的该实施方案中，提供导电材料的层作为阳极。任选地，可以在例如玻璃、塑料或纸/卡的衬底的顶上提供阳极。可以通过本领域已知的任意技术来提供导电材料。之后，通过依次气相沉积铅氧化物和掺杂物并且之后气相沉积锌氧化物来施加光敏层。之后，向光敏层的最上面施加透明导电材料的薄层。最后，可以在顶部上施加任选的抗反射/保护(透明的)层(可以在本文中的所有实施方案中执行)。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于再利用本发明的太阳能电池的方法，该方法包括在醋酸乙酯中溶解来自电池的铅氧化物并且移除沉淀的醋酸铅。这使得能够除去沉淀的醋酸铅。这个非常简单的再利用方法有助于解决常规太阳能电池困难且能耗高的再利用要求等主要问题中的一个问题。在进行处理之前，可以通过任意已知的方法，如化学或物理降解例如破碎，来对太阳能电池进行预处理。

根据第四方面，本发明提供了掺杂有锑或铟的结晶铅氧化物作为太阳能电池中的光敏材料以产生电的用途。优选地，铅氧化物的化学式为Pb_1-xSb_xO或Pb_1-xIn_xO，并且，其中x为0.25至0.01。

本发明的太阳能电池的效率是至少0.01％。优选地，效率是至少0.1％，更优选地是1％或5％，并且最优选地是10％至20％。理想地，电池的效率接近或超过20％并且至少是10％。可以在经历甚至弱的太阳光辐射的大区域内使用电池。便宜的制造成本和材料成本使得铅氧化物太阳能电池能够用于超过10m²或100m²或更大、优选地500m²或更大的工业太阳能电池阵列。作为可选的用途，本发明的太阳能电池板可以用于卫星或其它高空运载工具或装置，作为一次或二次电源。本发明的太阳能电池也可以与用于从水中生成氢的系统组合，以产生气体作为可运输商品。由于铅的高Z，本发明的电池的结构使得电池本身也应用于辐射探测器。

附图说明

现在，参考以示例的方式提供的附图来进一步描述本发明，其中：

图1是示出本发明的太阳能电池的几何形状的图。附图标记指代：11铝阴极；12ITO层；13玻璃衬底；14铅氧化物层。

图2a)示出根据本发明的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括离散的(掺杂的)铅氧化物层和包括有锌氧化物的层。附图标记指代：21阴极；22阳极；23光；24是用于对应于PBO(掺杂的)层的较暗的阴影的标记；25是用于对应于ZnO的较亮的阴影的标记。

图2b)示出根据本发明的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括混合且相互渗透的(掺杂的)铅氧化物层和锌氧化物。附图标记指代：21阴极；22阳极；23光；24是用于对应于PBO(掺杂的)层的较暗的阴影的标记；25是用于对应于ZnO的较亮的阴影的标记。

图3示出具有包括铅氧化物和锌氧化物的光敏层的太阳能电池中的能级的简化的理论示意图。铅氧化物用作光敏材料和电子施主，而锌氧化物用作电子受主。根据本发明的掺杂提高了呈现的特性。附图标记指代：31真空；32表示图中的空圆是电子的标记；33表示图中的实圆是空穴的标记；34是光子；35是用于ZnO的LUMO(4.4eV)和HOMO(7.6eV)的标记；36是用于PbO的LUMO(4eV)和HOMO(5.8eV)的标记。

图4是在相对于顶面45°处得到的本发明的光敏层(膜)边缘的扫描电子显微照片(SEM)。

图5示出：

a)示出铅氧化物纳米粒子(比例尺为20nm)的集合的TEM显微照片；

b)纳米粒子(比例尺为2nm)的高分辨率显微照片；

c)b的快速傅里叶变换(FFT)，根据最小结构指数化；

d)在a、b平面上突出的Pb(IV)Pb(II)₂O₄的建议结构(平面圆是Pb(IV)，画阴影的是Pb(II)以及有斑点的是O)。

图6示出在100mW cm^-2AM1.5照明下的根据本发明的器件的电流电压特性。Y轴是以mA cm^-2为单位的电流。X轴是电压(V)。61是底部掺杂的In，62是顶部掺杂的Sb。

图7示出根据本发明的器件的光敏层的吸收和IPCE(内部光子转换效率)。左侧的Y轴是IPCE(％)。右侧的Y轴是吸收(au)。X轴是波长(nm)。71是IPCA迹线，72是吸收迹线。

具体实施方式

现在，将在下面的非限制的示例中示出本发明。

如下制造器件，在50℃下在H₂O、HCl和HNO₃(25∶25∶2体积)溶液中对涂有ITO的玻璃衬底(PGO、CEC005、≤5Ohms/sq)进行8分钟蚀刻。之后，在丙酮和异丙醇中进行清洗之前，在清洁剂溶液和去离子水中对衬底进行声波处理。之后，在氮手套箱(≤1ppmO₂，≤2ppmH₂O)中在环境温度下使衬底干燥过夜。将衬底传送至真空腔中，其中在2.5×10^-7托的基础压力下沉积以下物质：

1.5-10nm的铟，之后是120nm的铅。

2.120nm的铅，之后是5-10nm的锑。

之后，将膜放在手套箱外面的热板上，并且在350℃下对其进行一个小时的退火，在该时间内，膜从发光的黑色变成不透明的黄褐色。每个器件具有3mm²的面积。之后，将衬底传送至真空腔，其中在2.5×10^-7托的压力下沉积Al电极(70nm)。图1示出器件的几何形状。

在10kV的加速电压下在JEOL JSM-840F显微镜上执行扫描电子显微术。通过将解离的器件附接到金属柱脚以及在顶部沉积3nm的铂来制备样品。

在加速电压为200kV的配备有由INCA控制的Oxford InstrumentsLZ5无窗能量分散X射线分光计(EDS)的JEOL-JEM 2010LaB6显微镜上执行透射电子显微术。

按如下方式制备样品。使用手术刀将器件有源层的部分从其衬底切削掉，并且在异丙醇中进行3分钟的声处理以将复合材料分解成可以滴落在覆盖花边碳膜的铜网上的微米尺寸分散体。充分大量的薄片粘附到花边碳膜中的TEM网和悬垂空穴以使得能够进行TEM分析。

使用配备有AM1.5G滤波器和Keithley 2400SMU的Oriel太阳光模拟器(80mWcm^-2)来确定电流密度-电压(IV)曲线。使用根据ASTM标准校准的基于微处理器的功率表(热-Oriel工具，型号70260)来确定样品位置处的光强度。使用Varian Cary 5000i UV-VIS-NIR分光计来执行吸收光谱学测量。使用Keithley 6435皮可安培计CVI CM110单色仪和CVI 150W弧光灯来测量量子效率。使用NIST校准的硅探测器来测量所有入射光强度。

形成了后热氧化的铅氧化物膜，其中，首先使用SEM来分析(图4)并且示出在某种程度上是多孔的近似连续的膜。这明显对薄膜光电池是不理想的，其中，在第二代光电池中，超平坦薄膜对高效率是很关键的。光活化材料的TEM研究提供了对其形态和结构的洞察力。

根据图5的低分辨率TEM显微照片，显然，材料是多晶的。晶粒尺寸在约几十纳米的纳米级范围内。图5(a)中示出的条纹是穿过图像平面的突出部通过交叠不同的纳米晶体晶粒而产生的Moiré条纹。为了研究材料的结构，对各晶粒执行高分辨率TEM成象。图5(b)是纳米粒子(比例尺为2nm)的高分辨率显微照片。根据图5(c)中示出的二维快速傅里叶变换来确定内平面间隔和角度并且显示晶体是Pb(IV)Pb(II)₂O₄——一种也被称为铅丹(Pb₃O₄)的氧化物。图5(d)中示出在a、b平面上突出的具有化合价为4的铅原子(平球面)以及化合价为2的铅原子(阴影的)的铅丹结构的模型。示出的EDX(图6)用来显示铅氧化物是主要成分。

所生产的最佳器件具有0.97V的开路电压、4.85mAcm^-2的短路电流以及1.6％的功率转换效率。这些效率证明光伏响应是明确的并且认为膜的粗糙度出乎意料地好。

图6中示出器件结果，表1中汇总了器件结果。由于铟从衬底迁移，因此，在ITO界面处，掺杂有Sb的样品将具有一定程度的掺杂。期望通过更受控的掺杂分布来基本提高效率。

表1.器件结果汇总

	底部掺杂In	顶部掺杂Sb
			Voc(V)	0.62	0.97
Isc(Ma cm^-2)	3.63	4.85
			PCE(％)	0.93	1.6

图7中示出内部光子转换效率(IPCE)和吸收结果。令人遗憾地，IPCE没有延伸超过700nm，但是，吸收显示可用于光伏应用的宽带响应，并且这可以归因于多晶PbO杂质。

在研究用于任意应用的任意技术时，重要的是考虑技术效益是否超过所涉及的风险。与其它可比较的系统例如CdTe相比，PbO的毒性低得多。

Claims

1.一种太阳能电池，其包括阳极和阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的光敏层，其中所述光敏层至多厚1000nm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中所述铅氧化物掺杂有锑和/或铟。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物的化学式为Pb_1-xSb_yO、Pb_1-xIn_zO或Pb_1-xSb_y′In_z′O，其中，x、y、z和(y′+z′)独立地为0.01至0.5。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中x、y、z和(y′+z′)独立地为0.01至0.3，更优选地为0.01至0.2。

4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中x相对y、z或(y′+z′)之比为0.75至1.25。

5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中在所述光敏层中，所述铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物混合并且相互渗透。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物之比为20∶1至1∶20，并且更优选地为5∶1至1∶5。

8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层包括离散的经掺杂的铅氧化物层。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物层直接形成在所述阳极上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层具有500nm或更小、优选地250nm或更小、并且更优选地100nm至1nm的厚度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述结晶铅氧化物是多晶的并且具有1nm至1000nm、优选地10nm至500nm、更优选地10nm至200nm并且最优选地20nm至100nm的平均晶体直径。

12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物基本上包括掺杂的铅丹(Pb₃O₄)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述阳极和所述阴极中之一对可见光基本上是透明的并且优选地包括经掺杂的金属氧化物。

14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中所述经掺杂的金属氧化物是铝掺杂的锌氧化物和/或铟锡氧化物。

15.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述阳极和所述阴极中的至少之一包括铝、铂、金、钯、铜或银、或者包括它们中任意的合金。

16.根据权利要求15所述的太阳能电池，其中所述阳极和所述阴极中的至少之一由铝形成。

17.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述结晶铅氧化物是多型的。

18.一种用于制造太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括第一电极、光敏层和第二电极，所述方法包括：

提供具有表面的第一电极；

在所述第一电极的所述表面上形成光敏层，所述光敏层至多厚1000nm并且包括掺杂有铟和/或锑的结晶铅氧化物作为光敏材料；以及

在所述光敏层上设置第二电极。

19.根据权利要求18所述的方法，其中通过在所述第一电极的表面上设置铟和锑中的一者或两者与铅的前体层和随后使所述前体层与氧源接触来形成所述光敏层。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中通过气相沉积、电沉积、热蒸镀、离子镀、反应溅射或施加溶胶-凝胶/胶体纳米粒子涂料来形成所述光敏层。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述光敏层包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少之一对可见光基本上是透明的。

23.一种再利用根据权利要求1至17中任一项所述的太阳能电池的方法，所述方法包括在醋酸乙酯中溶解来自所述电池的铅氧化物并且移除沉淀的醋酸铅。

24.掺杂有锑和/或铟的结晶铅氧化物作为太阳能电池中的光敏材料以产生电的用途。

25.根据权利要求24所述的用途，其中所述铅氧化物的化学式为Pb_1-xSb_yO、Pb_1-xIn_zO或Pb_1-xSb_y′In_z′O，其中，x、y、z和(y′+z′)独立地为0.5至0.01。