CN113991021A - 一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源电池技术领域，具体是一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，该太阳能电池由导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层及金属电极组成，所述电子传输层、钙钛矿吸光层与空穴传输层设置在导电基底和金属电极之间，所述导电基底包括有导电玻璃，所述导电玻璃的外侧喷涂有增透膜，所述钙钛矿吸光层包括有二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜为多孔分子介质膜且二氧化钛与光之间的强烈相互作用，可以根据其波长吸收或透射光，所述二氧化钛薄膜外侧吸附有钙钛矿晶体，本发明制造工艺简单、环境友好、成本低，该电池可以得到连续的光电流，避免电网的内路消耗，大幅度提高光电转换效率，可大量应用在纯电动汽车上。

Description

一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，具体是一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池。

背景技术

目前市场上在售的新能源汽车主要有混合动力汽车和纯电动汽车，这些汽车具有废气排放量低，环境友好的特点，其中纯电动汽车在行驶过程中更是零污染排放，最近几年广受关注，然而纯电动汽车采用单一的蓄电池作为动力电源，使得纯电动汽车行驶里程较短，太阳能电池利用光电效应将太阳能转变为电能供人类使用，可以极大程度的缓解人类所面对的能源危机问题，然而，传统的硅基太阳能电池制作工艺很复杂，使其具有较高的成本，且硅基太阳能电池在生产过程中会产生大量的有毒有害物质，不利于人类的可持续发展；由于钙钛矿化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力，钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构,尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能，或可被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域，钙钛矿太阳能电池具有效率高、成本低、工艺简单以及环境友好等特点，已成为了光电器件领域的研究重点，目前已报道的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到了25.2％，可以与传统硅基太阳能电池媲美。

现有技术中，存在问题如下：

(1)传统的硅基太阳能电池的光电转换率低，电池可获得的持续光电流不稳定，用于新能源汽车上会导致所能行驶的里程过短；

(2)传统的硅基太阳能电池制作工艺很复杂，使其具有较高的成本，且硅基太阳能电池在生产过程中会产生大量的有毒有害物质，不利于人类的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，包括太阳能电池本体和车载蓄电池，所述太阳能电池本体包括有金属电极，所述金属电极的顶部固定连接有空穴传输层，所述空穴传输层的顶部固定连接有钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层的顶部固定连接有电子传输层，所述电子传输层的顶部固定连接有导电基底。

优选的，所述太阳能电池本体通过导线与车载蓄电池固定连接，所述导电基底的一侧通过导线与车载蓄电池的负极固定连接，所述车载蓄电池的正极通过导线与金属电极固定连接。

优选的，所述钙钛矿吸光层包括有二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜的两侧吸附有钙钛矿晶体，所述二氧化钛薄膜的内部填充有二维过渡金属碳(氮)化物。

优选的，所述导电基底包括有导电玻璃，所述导电玻璃的两侧喷涂有增透膜。

优选的，所述导电玻璃的顶部等距离开设有多个折射槽。

本发明通过改进在此提供一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

其一：本发明相对于传统的硅基太阳能电池，其利用不同的物质完成光吸收和电荷分离传输，光吸收靠钙钛矿层完成，N型半导体与P型半导体分别完成电子与空穴的传输过程，载流子由钙钛矿层产生，半导体只起到分离传输载流子作用，该电池可以得到连续的光电流，将光电转换效率为10％的钙钛矿太阳能电池应用在新能源汽车上，便可对蓄电池进行稳定充电，提高电动汽车的续航里程；

其二：本发明相对于传统的硅基太阳能电池，利用纳米技术制成的高性能、低污染的太阳能电池，能吸收波长范围在400～800nm的可见光，将光能直接转化为电能输出，对车载蓄电池充电，又将电能转化为动能，除去了电网传输过程对电量的损耗，是一种低成本、制造工艺简单、性能稳定、能量利用率高的柔性纳米太阳能电池。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的充电连接示意图；

图3是本发明的钙钛矿吸光层结构示意图；

图4是本发明的导电基底结构示意图。

附图标记说明：1、导电基底；2、电子传输层；3、钙钛矿吸光层；4、空穴传输层；5、金属电极；6、车载蓄电池；7、二氧化钛薄膜；8、钙钛矿晶体；9、导电玻璃；10、增透膜；11、二维过渡金属碳(氮)化物；12、折射槽。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，本发明的技术方案是：

实施例一：

如图1-图4所示，一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，包括太阳能电池本体和车载蓄电池6，所述太阳能电池本体包括有金属电极5，所述金属电极5的顶部固定连接有空穴传输层4，所述空穴传输层4的顶部固定连接有钙钛矿吸光层3，所述钙钛矿吸光层3的顶部固定连接有电子传输层2，所述电子传输层2的顶部固定连接有导电基底1，钙钛矿吸光层3一般是将钙钛矿晶体8吸附在多空的二氧化钛薄膜7上，这种结构具有比表面积大的优点，可以充分吸收入射光，提高光利用率；导电基底1内部设有导电玻璃9，金属电极5为Pt。

进一步的，所述太阳能电池本体通过导线与车载蓄电池6固定连接，所述导电基底1的一侧通过导线与车载蓄电池6的负极固定连接，所述车载蓄电池6的正极通过导线与金属电极5固定连接，钙钛矿层作为光吸收层，与其两端界面相连接的分别为N型电子传输层2和P型空穴传输层4，这三层材料接触形成p-i-n结构的异质结，异质结与两侧的光阳极和对电极接触形成欧姆接触，钙钛矿吸光层3材料的原子吸收光子的能量，此时原子核不足以约束核外电子而产生电子(e-)-空穴(h+)对，分离出来的自由电子经由电子传输层2流向外电路，分离出来的空穴由空穴传输层4输送至金属电极5，电子的定向移动形成电流，钙钛矿吸光层3接收到连续不断的光子的激发作用，源源不断的产生自由电子，经由此种光电作用，便可实现钙钛矿太阳能电池的发电作用，车载蓄电池6为纯电动汽车的动力电池，使用导线连接钙钛矿太阳能电池的阳极与车载蓄电池6的负极，再使用另外一根导线连接钙钛矿太阳能电池的阴极与车载蓄电池6的正极，此时便可对纯电动汽车的车载蓄电池6进行充电，增加纯电动汽车的续航里程。

进一步的，所述钙钛矿吸光层3包括有二氧化钛薄膜7，所述二氧化钛薄膜7的两侧吸附有钙钛矿晶体8，所述二氧化钛薄膜7的内部填充有二维过渡金属碳(氮)化物11，有机金属卤化物钙钛矿材料在潮湿环境和光照条件下稳定性较差，容易发生分解而造成电池效率下降甚至失效，所以在钙钛矿吸光层3内加入二维过渡金属碳(氮)化物11，其具有石墨烯高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，能提高钙钛矿吸光层3的稳定性，抑制其分解从而提高光转率，而且在吸光钙钛矿层中添加少量二维过渡金属碳(氮)化物11可以改善电子传输过程并优化性能的太阳能电池，另一方面，它有助于控制在薄膜器件的缺陷的浓度，并改进的收集光电流。

进一步的，所述导电基底1包括有导电玻璃9，所述导电玻璃9的两侧喷涂有增透膜10，考虑其硬度、耐热和耐寒性，为达到最好的透射率，增透膜10材料选用氟化镁，它通过减少反射光来增加光在表面的透过率，增透膜10利用光的干涉原理，使增透膜10的前表面与后表面反射的光发生干涉来作用，利用增透膜10和导电玻璃9两个介质中反射光的相位干涉而使反射光线相互抵消，从而增加钙钛矿吸光层3的吸光率来提高其转换效率。

进一步的，所述导电玻璃9的顶部等距离开设有多个折射槽12，折射槽12呈钝角式等距离设计，增大其多角度的照射面积，以及在其光线入射角无论处于什么角度都能在直射面或者是反射面能接收到大量光线，适应各个时间点光照角度和位置关系从而提高其光转效率。

工作原理：在接受太阳光照射时，钙钛矿吸光层3首先吸收光子产生电子-空穴对，由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子，而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长，然后这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层2和空穴传输层4收集，即电子从钙钛矿吸光层3传输到电子传输层2，最后被导电玻璃9收集；空穴从钙钛矿吸光层3传输到空穴传输层4，最后被金属电极5收集，再尽量将载流子的损失降到最低，最后通过连接导电玻璃9和金属电极5的电路而产生光电流给新能源汽车的车载蓄电池6供电。

上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，包括太阳能电池本体和车载蓄电池(6)，其特征在于：所述太阳能电池本体包括有金属电极(5)，所述金属电极(5)的顶部固定连接有空穴传输层(4)，所述空穴传输层(4)的顶部固定连接有钙钛矿吸光层(3)，所述钙钛矿吸光层(3)的顶部固定连接有电子传输层(2)，所述电子传输层(2)的顶部固定连接有导电基底(1)。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池本体通过导线与车载蓄电池(6)固定连接，所述导电基底(1)的一侧通过导线与车载蓄电池(6)的负极固定连接，所述车载蓄电池(6)的正极通过导线与金属电极(5)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层(3)包括有二氧化钛薄膜(7)，所述二氧化钛薄膜(7)的两侧吸附有钙钛矿晶体(8)，所述二氧化钛薄膜(7)的内部填充有二维过渡金属碳(氮)化物(11)。

4.根据权利要求2所述的一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，其特征在于：所述导电基底(1)包括有导电玻璃(9)，所述导电玻璃(9)的两侧喷涂有增透膜(10)。

5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车供电用新型纳米太阳能电池，其特征在于：所述导电玻璃(9)的顶部等距离开设有多个折射槽(12)。

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