CN206250221U - 一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池 - Google Patents

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沈辉
周吉祥
任志伟
王学孟
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Abstract

本实用新型公开了一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其内部结构由上到下分别包括玻璃层、掺氟氧化锡层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述的电极层的上方或下方设有转换材料层，所述的转换材料层能够将波长大于或等于800nm的光线转换为波长小于800nm的光线。本宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池能够将波长大于或等于800nm的光线转化为可被钙钛矿光吸收层利用的波长，从而实现钙钛矿太阳电池的宽光谱吸收，增加钙钛矿太阳电池的光电转换效率。

Description

一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池
技术领域
本实用新型涉及一种钙钛矿太阳电池，尤其涉及一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池。
背景技术
当今社会能源危机显露，社会年耗能源在持续上涨，温室效应日益明显，绿色能源已开始得到普及使用。光伏发电在全球发展迅猛，无论是发达国家还是发展中国家，太阳能电池的发展均得到政府、产业界和科学界的长期关注与投入。钙钛矿太阳电池是太阳能电池家族中的新成员，在研发成功至今几年间，其发电效率提升迅速，单结效率已达到22%，故得到了产业界和科学界的极大重视。
钙钛矿太阳能电池由上到下分别为玻璃层、掺氟氧化锡（FTO）层、二氧化钛电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极层。所述的空穴传输层可采用spiro-OMeTAD等固态空穴传输材料。电极层的电极可采用金属电极或透明电极。在接受太阳光照射时，阳光首先通过透光率高的玻璃层、FTO层和二氧化钛电子传输层，到达钙钛矿光吸收层。钙钛矿光吸收层吸收光子产生电子-空穴对。由于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，因此产生的载流子的扩散距离和寿命较长。然后，未复合的电子和空穴随后分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿光吸收层进入二氧化钛电子传输层，最后被FTO层收集；空穴从钙钛矿光吸收层进入空穴传输层，最后被电极层收集。最后，通过在FTO层和电极层上连接电路，产生光电流。
由于钙钛矿材料的禁带宽度在1.55eV以上，钙钛矿电池的一大缺陷在于钙钛矿光吸收层仅能吸收波长小于800nm的光，而不能吸收和利用800~2400nm的、波长较长的光线，导致光能的浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其能够将波长大于或等于800nm的光线转化为可被钙钛矿光吸收层利用的波长，从而实现钙钛矿太阳电池的宽光谱吸收，增加钙钛矿太阳电池的光电转换效率。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其内部结构由上到下分别包括玻璃层、掺氟氧化锡层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述的的电极层的上方或下方设有转换材料层，所述的转换材料层能够将波长大于或等于800nm的光线转换为波长小于800nm的光线。
通过在电极层的上方或下方设转换材料层，本实用新型的钙钛矿太阳电池能够有效地利用波长较长的光线：转换材料能将波长长于800nm的光线转换为可被钙钛矿光吸收层利用的、波长小于或等于800nm的光线，经转换后的光线再次进入钙钛矿光吸收层，参与太阳电池的光电转换，从而提升太阳电池的效率。
由于转换材料层的透光性一般较差，所以必须将设于钙钛矿光吸收层的下方，以避免其遮挡波长小于或等于800nm的光线；也就是说，太阳光应先到达钙钛矿光吸收层，再到达转换材料层。
优选地，所述的电极层为透明电极层，所述的转换材料层设于所述的透明电极层的下方。
当转换材料层设于电极层上方时，转换材料层的转换效果更好，但有可能影响位于其下方的电极层对载流子的收集效果。因此，优选地将转换材料层设于电极层的下方，并同时采用透明电极层：这样可以将光线到达转换材料层前的损失降到最小，同时也保证了电极层对载流子的收集效果。
具体而言，所述的转换材料层中的转换材料为NaYF4:Yb, Er颗粒和/或BaYF5:Tm,Yb颗粒。
根据需要，本领域的技术人员还可以选择其它本领域公知的、能够将波长大于800nm的光线转换为小于或等于800nm光线的材料。
具体而言，所述的转换材料层通过旋涂或喷涂技术制备。
具体而言，所述转换材料层中转换材料的覆盖率为0.5~80%。
有益效果：
本实用新型通过在现有的钙钛矿太阳电池中加入能够将波长大于800nm的光线转化为小于或等于800nm光线的材料，使钙钛矿太阳电池能够吸收和利用更宽光谱范围内的光线，从而有效地增加了钙钛矿太阳电池的光电转换效率，避免光能的浪费。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型进行进一步的说明。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
附图标记：1-玻璃层；2-掺氟氧化锡层；3-二氧化钛电子传输层；4-钙钛矿光吸收层；5-空穴传输层；6-转换材料层；7-电极层。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本实用新型进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本实用新型做进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明作出的非本质的修改与调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的钙钛矿太阳电池的内部结构由上到下分别包括玻璃层1、掺氟氧化锡层2、二氧化钛电子传输层3、钙钛矿光吸收层4、空穴传输层5、转换材料层6和电极层7。其中，电极层7采用金属电极，空穴传输层5采用Spiro-MeOTAD溶液制成，转换材料层6中的转换材料为NaYF4:Yb, Er颗粒，转换材料的覆盖率为80%，转化材料层通过旋涂技术制备。
实施例2
如图2所示，本实施例的钙钛矿太阳电池的内部结构由上到下分别包括包括玻璃层1、掺氟氧化锡层2、二氧化钛电子传输层3、钙钛矿光吸收层4、空穴传输层5、电极层7和转换材料层6。其中，电极层7采用蒸镀透明电极，空穴传输层5采用Spiro-MeOTAD溶液制成，转换材料层6中的转换材料为BaYF5:Tm,Yb颗粒，转换材料的覆盖率为0.5%，转化材料层通过喷涂技术制备。
实施例3
实施例3与实施例1的结构相似，其不同之处在于：转换材料层6中的转换材料为BaYF5:Tm,Yb颗粒和NaYF4:Yb, Er颗粒，转换材料的覆盖率为45%。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其内部结构由上到下分别包括玻璃层、掺氟氧化锡层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述的电极层的上方或下方设有转换材料层，所述的转换材料层能够将波长大于或等于800nm的光线转换为波长小于800nm的光线。
2.根据权利要求1所述的宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述的电极层为透明电极层，所述的转换材料层设于所述的透明电极层的下方。
3.根据权利要求1所述的宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述的转换材料层中的转换材料为NaYF4:Yb, Er颗粒和/或BaYF5:Tm,Yb颗粒。
4.根据权利要求1所述的宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述的转换材料层通过旋涂或喷涂技术制备。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述转换材料层中转换材料的覆盖率为0.5~80%。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110580432A (zh) * 2018-06-11 2019-12-17 上海箩箕技术有限公司 指纹成像模组
CN111987219A (zh) * 2020-08-25 2020-11-24 西安电子科技大学 基于稀土元素掺杂四氟钇钠层的全无机钙钛矿太阳能电池

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