CN109065732A - 一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池及其玻璃盖板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池及其玻璃盖板，玻璃盖板包括玻璃基片、减反射结构和紫外反射层，其中：所述减反射结构设置于玻璃基片的一侧的表面上，所述紫外反射层覆盖于玻璃基片远离减反射结构一侧的表面上。本发明的钙钛矿电池，在紫外波段(300nm‑380nm)具有强反射滤光效果，且在钙钛矿电池其余工作波段具有宽光谱减反射效果，可提升钙钛矿电池的紫外稳定性以及光电转换效率。

Description

一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池及其玻 璃盖板
技术领域
本发明属于光学元件领域，具体涉及一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池及玻璃盖板。
背景技术
随着人类对化石能源的大量开采和消耗，能源危机逐渐成为国际社会关注的焦点。作为具有巨大储量的可再生清洁能源，太阳能无疑是最有利用前景的能源之一。现如今，光伏电池已经成为利用太阳能的主要方法之一。近年来，具有直接带隙的卤化铅钙钛矿材料由于其具有太阳光吸收性能强，载流子迁移率高、复合少、寿命长等多种优点，引起了世界各国的广泛关注，这也使得钙钛矿电池成为了具有很好的发展潜力的光伏发电器件。迄今为止，钙钛矿电池的最高光电转换效率已达到22.7％。
然而，目前的钙钛矿电池离真正的产业化应用还有一段距离。其中的原因之一就是钙钛矿电池的稳定性不够高，其中，除了湿度和温度之外，紫外光也会对钙钛矿电池稳定性产生负面的影响，这是由于被钙钛矿电池广泛用作为电子传输层的二氧化钛材料在紫外光的照射下，其表面氧的解吸附导致了器件性能的迅速衰减。此外，目前的钙钛矿电池主要为平板式电池，光滑的玻璃盖板会造成部分入射太阳光的反射，限制了钙钛矿电池效率的提升。
发明内容
为了提升钙钛矿电池的紫外稳定性以及光学吸收率，本发明的目的是提供一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池及其玻璃盖板。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，包括玻璃基片、减反射结构和紫外反射层，其中：所述减反射结构设置于玻璃基片的一侧的表面上，所述紫外反射层覆盖于玻璃基片远离减反射结构一侧的表面上。
进一步的，所述减反射结构由若干个高度一致、排列紧密的亚波长结构单元组成。
进一步的，所述亚波长结构单元为类蛾眼结构或锥形结构。
进一步的，所述减反射结构的若干个亚波长结构单元的排列方式为六方阵列排列、矩形阵列排列或者随机排列。
进一步的，所述减反射结构的亚波长结构单元之间的中心距离不超过200nm。
进一步的，所述减反射结构与玻璃基片的材质一致，其材质是钠钙玻璃、石英玻璃或高硅氧玻璃的一种。
进一步的，所述紫外反射层由高折射率材料膜层和低折射率材料膜层交替堆叠而成，且高折射率材料膜层和低折射率材料膜层在电池工作波段下具有光学透明特性；其中，所述高折射率材料是HfO2、Nb2O5、Si3N4、Ta2O5、TiO2、Ti3O5、ZnO、ZnS、ZrO2的一种或多种，所述低折射率材料是MgF2、SiO2的一种或多种。
所述紫外反射层是一种光子晶体，在300nm-380nm波段具有高反射性能。
一种钙钛矿电池，包括上述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板。
有益效果：本发明所提出的钙钛矿电池及其玻璃盖板，在紫外波段(300nm-380nm)具有强反射滤光效果，且在钙钛矿电池其余工作波段具有宽光谱减反射效果，可提升钙钛矿电池的紫外稳定性以及光电转换效率。本发明结构简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的玻璃盖板一个结构单元示意图；
图2为安装有本发明的玻璃盖板的钙钛矿电池结构示意图；
图3为使用本发明玻璃盖板和普通玻璃盖板的钙钛矿太阳能电池的反射光谱；
图4为使用本发明玻璃盖板和普通玻璃盖板的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线。
图中：1-玻璃基片，2-减反射结构，3-紫外反射层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
图1是本发明的玻璃盖板的一个结构单元的示意图，本发明的一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，包括玻璃基片1、减反射结构2和紫外反射层3，其中：减反射结构2设置于玻璃基片1的一侧的表面上，紫外反射层3覆盖于玻璃基片1远离减反射结构2一侧的表面上；减反射结构2由若干个高度一致、排列紧密的亚波长结构单元组成，亚波长结构单元为类蛾眼结构或锥形结构。
减反射结构2的若干个亚波长结构单元的排列方式为六方阵列排列、矩形阵列排列或者随机排列。减反射结构2的亚波长结构单元之间的中心距离不超过200nm。
减反射结构与玻璃基片的材质一致，其材质是钠钙玻璃、石英玻璃或高硅氧玻璃的一种。
紫外反射层由高折射率材料膜层和低折射率材料膜层交替堆叠而成，且高折射率材料膜层和低折射率材料膜层在电池工作波段下具有光学透明特性；其中，所述高折射率材料是HfO2、Nb2O5、Si3N4、Ta2O5、TiO2、ZnO、ZnS、ZrO2或与上述材料折射率接近的材料中的一种或多种，所述低折射率材料是MgF2、SiO2或与上述材料折射率接近的材料中的一种或多种。
紫外反射层3是一种光子晶体，在300nm-380nm波段具有高反射性能。
图2是安装有本发明玻璃盖板的钙钛矿电池的结构示意图，该钙钛矿电池包括上述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其结构自上至下依次包括：减反射结构2、玻璃基片1、紫外反射层3、FTO层、二氧化钛层、钙钛矿材料层、电极。本发明钙钛矿电池，在紫外波段(300nm-380nm)具有强反射滤光效果，且在钙钛矿电池其余工作波段具有宽光谱减反射效果，可提升钙钛矿电池的紫外稳定性以及光电转换效率。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，通过以下步骤的到：
a.选用钠钙玻璃作为为玻璃基底材料；
b.减反射结构的类型选用类蛾眼结构，采用矩形阵列排列方式，相邻单元结构的间距为100nm，类蛾眼结构高度为800nm；
c.选用HfO2和SiO2分别作为紫外反射层中的高折射率材料和低折射率材料，其中，HfO2的光学厚度H和SiO2的光学厚度L均为85nm，沿玻璃基底外法线方向逐层对应的材料和实际厚度为：奇数层为HfO2材料，其中第1和第23层厚度为33.6nm，第3/5/7/9/11/13/15/17/19/21层厚度为42nm；偶数层为SiO2材料，其中第2和第24层厚度为46nm，第2/4/6/8/10/12/14/16/18/20/22层厚度为57.5nm。
在本实施例条件下，使用本发明玻璃盖板的钙钛矿太阳能电池的反射光谱和伏安特性曲线如图3和图4所示。在AM1.5光谱强度下，使用本发明玻璃盖板的钙钛矿电池在紫外波段(300nm-380nm)平均反射率为92.5％(使用普通玻璃则为12.0％)，在电池其余工作波段(380nm-800nm)平均反射率为8.1％(使用普通玻璃则为11.6％)，电池光电转化效率为15.90％(使用普通玻璃则为15.66％)。
结果说明本发明所提出的钙钛矿太阳能电池封装方法，在紫外波段(300nm-380nm)具有优异的反射滤光效果，且在钙钛矿电池其余工作波段具有宽光谱减反射效果，可提升钙钛矿电池的紫外稳定性以及光电转换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：包括玻璃基片(1)、减反射结构(2)和紫外反射层(3)，其中：所述减反射结构(2)设置于玻璃基片(1)的一侧的表面上，所述紫外反射层(3)覆盖于玻璃基片(1)远离减反射结构(2)一侧的表面上。
2.根据权利要求1所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述减反射结构(2)由若干个高度一致、排列紧密的亚波长结构单元组成。
3.根据权利要求2所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述亚波长结构单元为类蛾眼结构或锥形结构。
4.根据权利要求2所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述减反射结构(2)的若干个亚波长结构单元的排列方式为六方阵列排列、矩形阵列排列或者随机排列。
5.根据权利要求2-4任一所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述减反射结构(2)的亚波长结构单元之间的中心距离不超过200nm。
6.根据权利要求1所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述减反射结构(2)与玻璃基片(1)的材质一致，其材质是钠钙玻璃、石英玻璃或高硅氧玻璃的一种。
7.根据权利要求1所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述紫外反射层(3)由高折射率材料膜层和低折射率材料膜层交替堆叠而成，且高折射率材料膜层和低折射率材料膜层在电池工作波段下具有光学透明特性；其中，所述高折射率材料是HfO2、Nb2O5、Si3N4、Ta2O5、TiO2、Ti3O5、ZnO、ZnS、ZrO2中的一种或多种，所述低折射率材料是MgF2、SiO2中的一种或多种。
8.根据权利要求1或7所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板，其特征在于：所述紫外反射层(3)是一种光子晶体，在300nm-380nm波段具有高反射性能。
9.一种钙钛矿电池，其特征在于：包括权利要求1所述的兼具宽光谱减反射和紫外滤光功能的钙钛矿电池玻璃盖板。
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