CN114759101B - 一种热载流子太阳能电池及光伏组件 - Google Patents

一种热载流子太阳能电池及光伏组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种热载流子太阳能电池及光伏组件，涉及光伏技术领域，以提高光吸收层对太阳光的吸收。该电池包括：衬底以及形成于衬底上的第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。光吸收层具有三维结构。第一电极包括导电层以及形成在导电层上的至少一个导电凸起，导电凸起伸入第一热载流子传输层内，和/或第二电极包括导电层以及形成在导电层上的至少一个导电凸起，导电凸起伸入第二热载流子传输层内；光吸收层的三维结构在垂直衬底的方向上具有第一高度，导电凸起至少部分位于第一高度的范围内。本发明提供的热载流子太阳能电池及光伏组件用于制造热载流子光伏组件。

Description

一种热载流子太阳能电池及光伏组件
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种热载流子太阳能电池及光伏组件。
背景技术
热载流子太阳能电池，是在驰豫之前收集太阳光激发的热载流子，从而得到较高的能量转换效率。为了实现对热载流子的收集，热载流子太阳能电池的光吸收层厚度，通常不超过热载流子的扩散长度。
但是，厚度较薄的光吸收层对太阳光吸收较少，从而限制了热载流子太阳能电池的效率提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热载流子太阳能电池及光伏组件，以提高光吸收层对太阳光的吸收。
第一方面，本发明提供一种热载流子太阳能电池。该热载流子太阳能电池包括：衬底以及形成于衬底上的第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极；光吸收层具有三维结构，第一热载流子传输层、第二热载流子传输层分别位于光吸收层两侧，并分别传输n型或p型热载流子；第一电极、第二电极分别和第一热载流子传输层、第二热载流子传输层电接触。
第一电极包括导电层以及形成在导电层上的至少一个导电凸起，导电凸起伸入第一热载流子传输层内，和/或，第二电极包括导电层以及形成在导电层上的至少一个导电凸起，导电凸起伸入第二热载流子传输层内；光吸收层的三维结构在垂直衬底的方向上具有第一高度，导电凸起至少部分位于第一高度的范围内。
采用上述技术方案时，第一电极和/或第二电极具有导电凸起，该导电凸起向光吸收层的方向延伸，使得导电凸起伸入第一热载流子传输层和/或第二热载流子传输层。导电凸起的设置，可以使得光吸收层具有三维结构。此时，导电凸起至少部分位于三维结构具有的第一高度的范围内。在保持光吸收层厚度的情况下，相对于二维结构的光吸收层，三维结构的光吸收层具有更大的表面积，也具有更大的体积。基于此，当光吸收层的体积增大时，光吸收层对太阳光的吸收也随之增加，进而可以提高热载流子太阳能电池的能量转换效率。
另外，上述光吸收层具有三维结构，也就是光吸收层具有相对水平面的凸起部分，导电凸起至少部分伸入光吸收层的凸起所包围的空间。此时，光吸收层的凸起部分的热载流子距离电极较近，可以缩短热载流子的传输距离，及时的将热载流子导出到电极，避免传输距离过长导致热载流子冷却为常规载流子，确保热载流子太阳能电池的能量转换效率。
在一些可能的实现方式中，沿着远离所述导电层表面的方向，导电凸起的高度为300nm～1200nm，相应地，光吸收层的高度也为300～1200nm。例如，当导电凸起的高度为300nm时，位于导电凸起上方的光吸收层具有的凸起部分的高度也为300nm。此时，在光吸收层具有三维结构，可以提高对太阳光吸收的基础上，光吸收层的凸起部分的高度足够大，可以确保光吸收层的凸起部分的层厚能够满足热载流子太阳能电池的要求。当导电凸起的高度为1200nm时，光吸收层的凸起部分的高度为1200nm。具有该凸起高度的光吸收层，对太阳光的吸收率可以达到99％以上，从而可以大大提高光吸收层对太阳光的吸收率，并且可以避免凸起高度过高导致的加工难度大的问题。可见，当导电凸起的高度为300nm～1200nm时，不仅可以确保光吸收层的层厚符合热载流子太阳能电池的要求，而且可以有效提高光吸收层对太阳光的吸收。
在一些可能的实现方式中，上述导电凸起在衬底的表面投影的宽度为50nm～1000nm。该宽度的导电凸起，一方面可以确保导电凸起自身的电阻较小，且具有足够的强度和稳定性；另一方面可以避免导电凸起过宽导致的光吸收层水平面上表面积过大，竖直方向上所增加的表面积不足的问题。
在一些可能的实现方式中，上述导电凸起呈阵列排布，位于同一导电层上的相邻两个导电凸起的距离为500nm～3000nm。此时，相邻的导电凸起之间距离适当，具有足够的空间可以容纳两层的光吸收层、两层的第一热载流子传输层、两层的第二热载流子传输层以及单层的电极。并且，还可以避免间距过大，导致的导电层上导电凸起过少，光吸收层体积增加较少的问题。
在一些可能的实现方式中，上述第一热载流子传输层和/或第二热载流子传输层与光吸收层共形复合。共形复合时，第一热载流子传输层和第二热载流子传输层与光吸收层形状相同，从而可以以较小的厚度，实现与光吸收层完全接触，进而能够快速的将光吸收层中的热载流子导出。
在一些可能的实现方式中，上述第一热载流子传输层和/或第二热载流子传输层的厚度为50nm～150nm。此时，第一热载流子传输层和第二热载流子传输层厚度较小，热载流子传输路径较短，可以确保热载流子在驰豫之前能够及时导出，避免热载流子驰豫造成能量损耗。
在一些可能的实现方式中，上述光吸收层为体相钙钛矿薄膜，厚度为20nm-100nm；或上述光吸收层为量子点组成的钙钛矿薄膜，厚度为70nm-300nm。此时，光吸收层的厚度较小，可以保证热载流子驰豫之前将其导出光吸收层。
在一些可能的实现方式中，上述导电层的厚度为200nm～1000nm。此时，导电层可以具有较好的热载流子横向传输性能。
在一些可能的实现方式中，上述第一电极和/或第二电极的材料为半导体、金属或碳质导电材料。
在一些可能的实现方式中，上述衬底位于第一电极远离光吸收层的一侧；或，上述衬底位于第二电极远离光吸收层的一侧。
第二方面，本发明提供一种光伏组件。该光伏组件包括第一方面或第一方面任一项可能的实现方式描述的热载流子太阳能电池。
第二方面提供的光伏组件的有益效果，可以参考第一方面或第一方面任一种可能的实现方式描述的热载流子太阳能电池的有益效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为传统太阳能电池光电转换过程载流子能级变化示意图；其中，①为热载流子激发过程，②为热载流子驰豫过程；
图2为现有技术中钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种热载流子太阳能电池结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第二种热载流子太阳能电池结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第三种热载流子太阳能电池结构示意图；
图6为本发明实施例提供的导电凸起在导电层上分布示意图。
图2中，1-基底，2-下电极，3-电子收集层，4-钙钛矿吸收层，5-空穴收集层，6-上电极。
图3～图6中，10-衬底，21-第一电极，22-第二电极，201-导电层，202-导电凸起，31-第一热载流子传输层，32-第二热载流子传输层，40-光吸收层。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
传统的太阳能电池受到肖克利奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit，简称S-Q限制)的限制，转换效率有限。例如，单结太阳能电池，太阳能转换为电能的最大热力学转换效率为33.7％。
如图1所示，在传统太阳能电池中，当能量为Ei的光子照射到带隙为Eg光吸收材料上，价带的电子被激发到导带中高于导带底位置的能级上(如图1中的过程“①”)。位于高能级的激发态电子(也就是热载流子)处于不稳定的状态，会快速的驰豫至导带底位置的能级上(如图1中的过程“②”)，然后导带底的电子和价带顶的空穴通过上下电极导出至外电路，完成光电转换过程。热载流子在驰豫过程中，能量“Ei-Eg”未能够有效利用，以热能的形式释放。热载流子太阳能电池在热载流子驰豫至导带底之前将其收集并导出至外电路，能够避免能量“Ei-Eg”的浪费。
处于Ei能级的热载流子在驰豫至导带底之前，在光吸收层中能够扩散的距离为热载流子扩散长度。为了使热载流子从光吸收层中导出，要求光吸收层的厚度不能超过热载流子的扩散长度。在晶硅电池中，热载流子的扩散长度通常在10nm-20nm左右甚至更短。在钙钛矿材料中，热载流子的扩散长度可以达到50nm-100nm。有研究显示，在有些钙钛矿材料中，热载流子的扩散长度可以达到200nm-300nm。因此，光吸收层厚度为200nm-300nm的热载流子钙钛矿太阳能电池可以突破S-Q限制，得到更高的能量转换效率。理论研究显示，热载流子钙钛矿太阳能电池的能量转换效率可以达到66％以上。如图2所示，现有的钙钛矿太阳能电池的基本结构为层层叠加形式的平面结构。各层结构自下而上依次平面叠加设置。钙钛矿太阳能电池自下而上依次为：基底1、下电极2、电子收集层3、钙钛矿吸收层4、空穴收集层5和上电极6。现有的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层4的厚度通常为800nm-1200nm，热载流子钙钛矿太阳能电池的光吸收层的厚度在200nm-300nm范围内。载流子钙钛矿太阳能电池与传统的钙钛矿太阳能电池相比，光吸收层的厚度较小，无法充分吸收太阳光，从而限制了太阳能电池的效率提升。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光伏组件。该光伏组件包括热载流子太阳能电池。该热载流子太阳能电池可以为热载流子晶硅太阳能电池，也可以为热载流子钙钛矿太阳能电池。在光伏组件中，多个热载流子太阳能电池阵列化排布。该热载流子太阳电池，相较于现有的热载流子太阳能电池，在不增加光吸收层厚度的情况下，增加了对太阳光的吸收。
如图3-5所示，本发明实施例还提供一种应用于上述光伏组件的热载流子太阳能电池。该热载流子太阳能电池包括：衬底10以及形成于衬底10上的第一电极21、第一热载流子传输层31、光吸收层40、第二热载流子传输层32和第二电极22。
如图3-5所示，上述光吸收层40具有三维结构。也就是说，光吸收层40具有水平部分和突出水平部分的凸起部分。该凸起部分可以为一个，也可以多个。当凸起部分为多个时，多个凸起部分可以为相同结构，也可以为不同结构。光吸收层40的三维结构在垂直衬底10的方向上具有第一高度B。
上述光吸收层40的材料可以有多种。光吸收层40的材料可以是钙钛矿材料，也可以是晶硅等其他材料，在此不一一列举。当光吸收层40的材料为钙钛矿材料时，钙钛矿材料可以选自有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料、全无机卤化物钙钛矿材料、无铅钙钛矿材料、双钙钛矿材料等中的任一种。光吸收层40可以为体相钙钛矿薄膜，也可以为量子点组成的钙钛矿薄膜。
无论光吸收层40具有何种形状和结构，当光吸收层40为体相钙钛矿薄膜时，光吸收层40的厚度A可以为20nm～100nm。例如，光吸收层40的厚度A可以为20nm、30nm、45nm、60nm、85nm、100nm等，当光吸收层40为量子点组成的钙钛矿薄膜时，光吸收层40的厚度A可以为70nm～300nm。例如，光吸收层40的厚度A可以为70nm、100nm、125nm、165nm、200nm、260nm、300nm等。此时，对应于不同材料的光吸收层40的厚度较小，可以保证热载流子驰豫之前将其导出光吸收层40。
在保持光吸收层40厚度的情况下，相对于二维结构的光吸收层40，三维结构的光吸收层40具有更大的表面积，也具有更大的体积。基于此，当光吸收层40的体积增大时，光吸收层40对太阳光的吸收也随之增加，进而可以提高热载流子太阳能电池的能量转换效率。
如图3-5所示，上述第一热载流子传输层31、第二热载流子传输层32分别位于光吸收层40两侧，并分别传输n型或p型热载流子。应理解，可以是第一热载流子传输层31传输n型热载流子，第二热载流子传输层32传输p型热载流子。也可以是第一热载流子传输层31传输p型热载流子，第二热载流子传输层32传输n型热载流子。
上述第一热载流子传输层31和/或第二热载流子传输层32可以与光吸收层40共形复合。共形复合是指第一热载流子传输层31和/或第二热载流子传输层32延续光吸收层40的形状。应理解，可以是第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32均与光吸收层40共形复合，两个热载流子传输层的形状均与光吸收层40的形状相同，如图3所示。也可以是第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32两者之一与光吸收层40共形复合，如图4和图5所示。当第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32与光吸收层40形状相同时，可以以较小的厚度，实现与光吸收层40完全接触，进而能够快速的将光吸收层40中的热载流子导出。
上述第一热载流子传输层31和/或第二热载流子传输层32的厚度C可以为50nm～150nm。此时，第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32厚度较小，热载流子传输路径较短，可以确保热载流子在驰豫之前及时导出，避免热载流子驰豫造成能量损耗。
在实际应用中，第一热载流子传输层31与光吸收层40共形复合时，第一热载流子传输层31的厚度C为50nm～150nm。第二热载流子传输层32与光吸收层40共形复合时，第二热载流子传输层32的厚度C为50nm～150nm。第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32均与光吸收层40共形复合，第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32的厚度C均为50nm～150nm。例如，第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32的厚度C可以为50nm、65nm、72nm、88nm、100nm、120nm、140nm、150nm等。
上述第一热载流子传输层31和/或第二热载流子传输层32的材料可以有多种。具体的，两个热载流子传输层的材料与其传输的热载流子导电类型有关。示例性的，第一热载流子传输层31传输n型热载流子(热电子)时，其材料可以为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(Bphen)或1,3,5-三[1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基]苯(TPBi)等。第二热载流子传输层32传输p型热载流子(热空穴)时，其材料可以为4,4'-双(N-咔唑)-1,1'-联苯(CBP)或聚[9,9-二-n-辛基芴-2,7-二基](F8)等。
需要说明的是，当第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32导出常规载流子，而非热载流子时，其材料可以选择常规电子传输材料或常规空穴传输材料。
如图3-5所示，上述第一电极21、第二电极22分别和第一热载流子传输层31、第二热载流子传输层32电接触。具体的，第一电极21可以与第一热载流子传输层31电接触，第二电极22可以与第二热载流子传输层32电接触。
上述第一电极21和第二电极22可以为透明电极，也可以为不透明电极。应注意，第一电极21和第二电极22中必有一个为透明电极，并且与衬底10材料相匹配，确保电池至少有一个透光。上述第一电极21和/或第二电极22的材料可以为半导体、金属或碳质导电材料。其中，半导体材料可以为掺锡氧化铟(ITO)、掺锌氧化铟(IZO)、掺钨氧化铟(IWO)、掺钛氧化铟(ITIO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺铝氧化锌(AZO)中的一种或多种。金属材料可以为金、银、铜或铝等。碳质导电材料可以为碳、石墨烯或碳纳米管等。第一电极21和第二电极22的材料可以为上述导电材料中的任一种。并且，第一电极21与第二电极22的材料可以相同，也可以不同。
上述第一电极21包括导电层201以及形成在导电层201上的至少一个导电凸起202，导电凸起202伸入第一热载流子传输层31内，和/或，第二电极22包括导电层201以及形成在导电层201上的至少一个导电凸起202，导电凸起202伸入第二热载流子传输层32内。上述光吸收层40的三维结构在垂直衬底10的方向上具有第一高度B，导电凸起202至少部分位于第一高度B的范围内。
应理解，如图3所示，在本发明实施例中，可以是第一电极21和第二电极22均具有导电层201和导电凸起202。此时，位于第一电极21上方的第一热载流子传输层31、光吸收层40和第二热载流子传输层32共形复合，三者均匀三维结构，依次叠置。第一电极21的导电凸起202伸入第一热载流子传输层31，第二电极22的导电凸起202也伸入第二热载流子传输层32。第一电极21和第二电极22交错分布。第一电极21和第二电极22的导电凸起202的部分结构位于光吸收层40的三维结构具有的第一高度B范围内。该第一高度B为光吸收层40的凸出高度。第一热载流子传输层31和第二热载流子传输层32的厚度较小，均导出热载流子。
如图4所示，在本发明实施例中，也可以是第一电极21具有导电层201和导电凸起202。此时，第一热载流子传输层31和光吸收层40共形复合，两者均为三维结构。第一电极21的导电凸起202伸入第一热载流子传输层31。也可以说，第一电极21的导电凸起202的部分结构位于光吸收层40的三维结构具有的第一高度B范围内。第二热载流子传输层32具有相对的第一表面和第二表面，第一表面与光吸收层40紧密接触，第一表面的形状与光吸收层40的形状相同。第二表面为平面。此时，第二热载流子传输层32的部分结构厚度较大，传输距离较长使得第二热载流子传输层32导出的载流子为常规载流子。而第一热载流子传输层31厚度较小，导出热载流子。第二电极22为二维平面结构。
如图5所示，在本发明实施例中，也可以是第二电极22具有导电层201和导电凸起202。此时，第二热载流子传输层32和光吸收层40共形复合，两者均为三维结构。第二电极22的导电凸起202伸入第二热载流子传输层32。也可以说，第二电极22的导电凸起202的部分结构位于光吸收层40的三维结构具有的第一高度B范围内。第一热载流子传输层31具有相对的第一表面和第二表面，第一表面与光吸收层40紧密接触，第一表面的形状与光吸收层40的形状相同。第二表面为平面。此时，第一热载流子传输层31的部分结构厚度较大，传输距离较长使得第一热载流子传输层31导出的载流子为常规载流子。而第二热载流子传输层32厚度较小，导出热载流子。第一电极21为二维平面结构。
上述导电层201为具有一定厚度的二维结构。导电层201的厚度H1可以为200nm～1000nm。例如，导电层201的厚度H1可以为200nm、300nm、360nm、400nm、440nm、560nm、680nm、720nm、800nm、950nm、1000nm等。此时，导电层201可以具有较好的热载流子横向传输性能。
在上述同一导电层201上，导电凸起202的数量可以为一个，也可以为多个。无论导电凸起202的数量为多少，导电凸起202可以仅位于导电层201内的局部区域，也可以跨过整个导电层201。示例性的，如图6所示，导电凸起202的数量为3个，导电凸起202从导电层201的一侧延伸到另一侧，呈梳状结构。此时，可以较大程度的增加光吸收层40在竖直方向上的表面积，有利于提高光吸收层40对太阳光的吸收。
当导电凸起202的数量为多个时，导电凸起202的排布方式可以有多种。示例性的，导电凸起202可以随机无序排布，也可以呈阵列排布。当导电凸起202呈阵列化排布时，位于同一导电层201上的相邻两个导电凸起202的距离D可以为500nm～3000nm。例如，相邻两个导电凸起202的距离D可以为500nm、800nm、1000nm、1400nm、1600nm、1900nm、2000nm、2100nm、2500nm、2900nm、3000nm等。此时，相邻的导电凸起202之间距离适当，具有足够的空间可以容纳两层的光吸收层40、两层的第一热载流子传输层31、两层的第二热载流子传输层32以及单层的电极。并且，还可以避免间距过大，导致的导电层201上导电凸起202过少，光吸收层40体积增加较少的问题。
沿着远离导电层201表面的方向，导电凸起202的高度H2可以为300nm～1200nm。例如，导电凸起202的高度H2可以为300nm、450nm、560nm、700nm、850nm、920nm、1000nm、1100nm、1200nm等。当导电凸起202的高度为300nm时，位于导电凸起202上方的光吸收层40具有的凸起部分的高度也为300nm。此时，在光吸收层40具有三维结构，可以提高对太阳光吸收的基础上，光吸收层40的凸起部分的高度足够大，可以确保光吸收层40的凸起部分的层厚能够满足热载流子太阳能电池的要求。当导电凸起202的高度为1200nm时，光吸收层40的凸起部分的高度为1200nm。具有该凸起高度的光吸收层40，对太阳光的吸收率可以达到99％以上，从而可以大大提高光吸收层40对太阳光的吸收率，并且可以避免凸起高度过高导致的加工难度大的问题。可见，当导电凸起202的高度为300nm～1200nm时，不仅可以确保光吸收层40的层厚符合热载流子太阳能电池的要求，而且可以有效提高光吸收层40对太阳光的吸收。
上述导电凸起202在衬底10的表面投影的宽度W可以为50nm～1000nm。例如，导电凸起202在衬底10的表面投影的宽度W可以为50nm、80nm、100nm、180nm、200nm、300nm、450nm、670nm、800nm、900nm、1000nm等。该宽度的导电凸起202，一方面可以确保导电凸起202自身的电阻较小，且具有足够的强度和稳定性；另一方面可以避免导电凸起202过宽导致的光吸收层40水平面上表面积过大，竖直方向上所增加的表面积不足的问题。
上述导电凸起202的形状可以为柱状结构，也可以为锥状结构等，只要能够增大光吸收层40的表面积即可。
上述衬底10可以位于第一电极21远离光吸收层40的一侧。上述衬底10也可以位于第二电极22远离光吸收层40的一侧。上述衬底10可以为透明衬底，也可以为不透明衬底，当衬底10为透明衬底时，衬底10的材料可以为玻璃、透明陶瓷、透明有机物薄膜等。当衬底10为不透明衬底时，衬底10的材料可以为陶瓷、金属等。当衬底10为金属衬底时，也可以作为平板电极，辅助与其接触的第一电极21或第二电极22导出载流子。
基于上述结构可知，第一电极21和/或第二电极22具有导电凸起202，该导电凸起202向光吸收层40的方向延伸，使得导电凸起202伸入第一热载流子传输层31和/或第二热载流子传输层32。导电凸起202的设置，可以使得光吸收层40具有三维结构。此时，导电凸起202至少部分位于三维结构具有的第一高度的范围内。在保持光吸收层40厚度的情况下，相对于二维结构的光吸收层40，三维结构的光吸收层40具有更大的表面积，也具有更大的体积。基于此，当光吸收层40的体积增大时，光吸收层40对太阳光的吸收也随之增加，进而可以提高热载流子太阳能电池的能量转换效率。另外，上述光吸收层40具有三维结构，也就是光吸收层40具有相对水平面的凸起部分，导电凸起202至少部分伸入光吸收层40的凸起所包围的空间。此时，光吸收层40的凸起部分的热载流子距离电极较近，可以缩短热载流子的传输距离，及时的将热载流子导出到电极，避免传输距离过长导致热载流子冷却为常规载流子。
本发明实施例还提供上述热载流子太阳能电池的一种制作方法。该热载流子太阳能电池的制作方法包括：
第一步，提供一衬底。
第二步，采用磁控溅射工艺或热蒸镀工艺等在衬底上形成导电薄膜。通过刻蚀工艺刻蚀导电薄膜，形成具有导电凸起的第一电极。
第三步，采用磁控溅射或热蒸发镀膜工艺在第一电极层上形成第一热载流子传输层。
第四步，采用旋涂工艺在第一热载流子传输层上形成光吸收层。
第五步，采用磁控溅射或热蒸发镀膜工艺在光吸收层上形成第二热载流子传输层。
第六步，采用磁控溅射工艺或热蒸镀工艺等在第二热载流子传输层上形成第二电极。
应理解，上述热载流子太阳能电池的制作方法，仅为举例说明。在实际应用中，可以采用各种不同的方法制作本发明实施例记载的热载流子太阳能电池。
为了验证本发明实施例提供的热载流子太阳能电池的性能，下面以实施例的方式进行说明。
实施例一
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
在本实施例中，太阳光从衬底侧入射。衬底为玻璃。第一电极采用FTO材料，其中H1＝500nm，H2＝500nm，W＝200nm，D＝2000nm。第一热载流子传输层传输热电子，其采用Bphen材料，厚度为100nm。光吸收层为FAPbI3钙钛矿量子点组成的光吸收层，厚度为200nm，组成光吸收层的量子点的尺寸为6nm。第二热载流子传输层传输热空穴，采用CBP材料，厚度为100nm。第二电极采用Au材料，其中H1＝500nm，H2＝500nm，W＝200nm，D＝2000nm。第二电极与第一电极交叉设置。
实施例二
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
在本实施例中，太阳光从第二电极侧入射。衬底为玻璃。第一电极采用Ag材料，其中H1＝300nm，H2＝600nm，W＝100nm，D＝1800nm。第一热载流子传输层传输热电子，其采用TPBi材料，厚度为50nm。光吸收层为FAPbI3钙钛矿量子点组成的光吸收层，厚度为200nm，组成光吸收层的量子点的尺寸为6nm。第二热载流子传输层传输热空穴，采用F8材料，厚度为60nm。第二电极采用ITO材料，其中H1＝300nm，H2＝600nm，W＝100nm，D＝1800nm。第二电极与第一电极交叉设置。
实施例三
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
在本实施例中，太阳光从第二电极侧入射。衬底为铝材质衬底，其余层的设置于实施例二相同。铝衬底可以作为平板电极，与第一电极一起导出热电子。
实施例四
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
在本实施例中，太阳光从衬底侧和第二电极侧同时入射。第二电极采用ITO材料，其它层的设置与实施例一相同。衬底、第一电极和第二电极均采用透明材料，双面均可用于接受太阳光并发电。
实施例五
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
本实施例中，在实施例一的基础上，第一热载流子传输层(传输热电子)和光吸收层之间，加入5nm厚的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)作为功能层，用于降低界面势垒，更有利于热电子传输。
实施例六
在本实施例中，热载流子太阳能电池包括衬底、第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极。
衬底为玻璃。第一电极采用FTO材料，其中H1＝500nm，H2＝500nm，W＝200nm，D＝2000nm。第一热载流子传输层传输热电子，采用Bphen材料，厚度为100nm。光吸收层为FAPbI3钙钛矿量子点组成的光吸收层，厚度为200nm，组成光吸收层的量子点的尺寸为6nm。第二热载流子传输层为常规空穴收集层，采用Spiro-OMeTAD材料，厚度为100nm。该厚度是指第二热载流子传输层最薄处的厚度。第二电极为平面结构，采用Au材料，厚度为100nm。
对比例一
在本对比例中，热载流子太阳能电池与实施例一的热载流子太阳能电池结构基本相同，差别仅在于，第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极均为平面结构。
对比实施例一至实施例六，以及对比例一的热载流子太阳能电池。实施例一至实施例六的热载流子太阳能电池，比实施例一的热载流子太阳能电池具有更大的光吸收层表面积，对太阳光的吸收明显增加。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种热载流子太阳能电池，其特征在于，包括：衬底以及形成于衬底上的第一电极、第一热载流子传输层、光吸收层、第二热载流子传输层和第二电极；
所述光吸收层具有三维结构，所述第一热载流子传输层、第二热载流子传输层分别位于光吸收层两侧，并分别传输n型或p型热载流子；所述第一电极、第二电极分别和所述第一热载流子传输层、第二热载流子传输层电接触；
所述第一电极包括导电层以及形成在所述导电层上的至少一个导电凸起，所述导电凸起伸入所述第一热载流子传输层内，和所述第二电极包括导电层以及形成在所述导电层上的至少一个导电凸起，所述导电凸起伸入所述第二热载流子传输层内；
所述光吸收层的三维结构在垂直衬底的方向上具有第一高度，所述导电凸起至少部分位于所述第一高度的范围内。
2.根据权利要求1所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，沿着远离所述导电层表面的方向，所述导电凸起的高度为300nm~1200nm；
所述导电凸起在所述衬底的表面投影的宽度为50nm~1000nm。
3.根据权利要求1所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述导电凸起呈阵列排布，位于同一导电层上的相邻两个导电凸起的距离为500nm~3000nm。
4.根据权利要求1~3任一项所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述第一热载流子传输层和/或第二热载流子传输层与所述光吸收层共形复合。
5.根据权利要求4所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述第一热载流子传输层和/或第二热载流子传输层的厚度为50nm~150nm。
6.根据权利要求1~3任一项所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层为体相钙钛矿薄膜，厚度为20nm-100nm，或所述光吸收层为量子点组成的钙钛矿薄膜，厚度为70 nm -300nm。
7. 根据权利要求1~3任一项所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述导电层的厚度为200nm ~1000nm。
8.根据权利要求1~3任一项所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极的材料为半导体、金属或碳质导电材料。
9.根据权利要求1~3任一项所述的热载流子太阳能电池，其特征在于，所述衬底位于所述第一电极远离所述光吸收层的一侧；或，所述衬底位于所述第二电极远离所述光吸收层的一侧。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括权利要求1~9任一项所述的热载流子太阳能电池。
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