CN207009483U - 钙钛矿太阳能电池及组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池，其包括载体玻璃、设置在载体玻璃上的透明导电薄膜电极、金属电极、及位于透明导电薄膜电极与金属电极之间的电池主体结构；电池主体结构包括钙钛矿光敏层、二氧化钛层、及空穴传输层；钙钛矿太阳能电池还包括设置在所述载体玻璃上的下转换发光层。上述钙钛矿太阳能电池，下转换发光层将太阳光的紫外光转化为可见光，也即使紫外光不能到达二氧化钛层，从而避免二氧化钛层在吸收紫外光后生成高能光生电子和空穴，进而避免了高能光生电子和空穴对钙钛矿光敏层造成的破坏，从而延长了钙钛矿光敏层的寿命和稳定性，最终提高了钙钛矿太阳能电池的使用寿命。本实用新型还公开了一种钙钛矿太阳能组件。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池及组件。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿材料作为吸光材料的一类太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有高开路电压(＞1V)、低温低能耗(＜200℃)、适合于柔性衬底材料等优势，可以兼顾效率和成本，成为研究的热点。
钙钛矿太阳能电池的一般结构从上到下依次为：载体玻璃、透明导电薄膜电极、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层、金属电极。而电子传输层一般为二氧化钛层。
但是，钙钛矿太阳能电池，在使用一段时间后，钙钛矿光敏层被破坏，导致钙钛矿太阳能电池寿命降低。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有技术中钙钛矿太阳能电池的寿命较低的问题，提供一种寿命长的钙钛矿太阳能电池。
一种钙钛矿太阳能电池，包括载体玻璃、设置在所述载体玻璃上的透明导电薄膜电极、金属电极、以及位于所述透明导电薄膜电极与所述金属电极之间的电池主体结构；
所述电池主体结构包括钙钛矿光敏层、位于所述钙钛矿光敏层一侧的二氧化钛层、以及位于所述钙钛矿光敏层另一侧的空穴传输层；
所述钙钛矿太阳能电池还包括下转换发光层；所述下转换发光层设置在所述载体玻璃上。
上述钙钛矿太阳能电池，下转换发光层将太阳光的紫外光转化为可见光，也就是说，使紫外光不能到达二氧化钛层，从而避免二氧化钛层在吸收紫外光后生成高能光生电子和空穴，进而避免了高能光生电子和空穴对钙钛矿光敏层造成的破坏，从而延长了钙钛矿光敏层的寿命和稳定性，最终提高了钙钛矿太阳能电池的使用寿命。
在其中一个实施例中，所述下转换发光层的厚度为20nm～100nm。
在其中一个实施例中，所述下转换发光层位于所述载体玻璃远离所述透明导电薄膜电极的一侧。
在其中一个实施例中，所述下转换发光层镀覆在所述载体玻璃上。
在其中一个实施例中，所述下转换发光层包括透光基体以及分散在所述透光基体中的下转换发光材料颗粒。
在其中一个实施例中，所述下转换发光材料颗粒的平均粒径为20nm～50nm。
在其中一个实施例中，所述透光基体为紫光外固化胶。
在其中一个实施例中，所述电池主体结构中的所述二氧化钛层靠近所述透明导电薄膜电极设置。
在其中一个实施例中，所述二氧化钛层的厚度为20nm～100nm。
本实用新型还提供了一种钙钛矿太阳能组件。
一种钙钛矿太阳能组件，包括本实用新型所提供的钙钛矿太阳能电池。
上述钙钛矿太阳能组件，由于采用本实用新型所提供的钙钛矿太阳能电池，故而提高了钙钛矿太阳能电池的使用寿命，进而提高了钙钛矿太阳能组件的使用寿命。
附图说明
图1为一实施例的钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图。
图2为图1中的下转换发光层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，本实用新型一实施例的钙钛矿太阳能电池100，包括载体玻璃140、设置在载体玻璃140上的透明导电薄膜电极120、金属电极130、以及位于透明导电薄膜电极120与金属电极130之间的电池主体结构110。其中，电池主体结构110包括钙钛矿光敏层111、位于钙钛矿光敏层111一侧的二氧化钛层112、以及位于钙钛矿光敏层111另一侧的空穴传输层113。钙钛矿太阳能电池100还包括下转换发光层150；下转换发光层150设置在载体玻璃140上。
其中，载体玻璃140的主要作用是，作为透明导电薄膜电极120的载体。在本实用新型中，载体玻璃140同时作为下转换发光层150的载体。也就是说，透明导电薄膜电极120与下转换发光层150均承载于载体玻璃140上。载体玻璃140可以选用任一导电玻璃中用的基体玻璃。
优选地，载体玻璃140的厚度为1.1mm～2.5mm。这样既可以保证足够的机械承载力，又可以减少载体玻璃对光的吸收，以使更多的光进入电池主体结构110中，从而增加光的吸收利用。
其中，透明导电薄膜电极120与金属电极130的主要作用都是，将光生电流导出。
在本实施例中，透明导电薄膜电极120为FTO电极，也即掺氟氧化锡电极。这样可使透明导电薄膜电极120对紫外光的吸收增强，进一步减少紫外光进入二氧化钛层；另外，FTO电极还具有电阻率低、化学性能稳定的优点。当然，可以理解的是，透明导电薄膜电极并不局限于FTO电极，还可以是掺锡氧化铟(ITO)电极、掺钨氧化铟(IWO)电极、掺铝氧化锌(AZO)电极、掺硼氧化锌(BZO)电极、掺钛氧化铟(ITiO)电极、或掺铈氧化铟(ICO)电极。
在本实施例中，金属电极130为金电极。当然，可以理解的是，金属电极130并不局限于金电极，还可以是其它金属制成的电极，例如Ag电极、Al电极。
其中，钙钛矿光敏层111为钙钛矿太阳能电池100的核心层，在该层产生载流子。钙钛矿光敏层111可以采用本领域技术人员所公知的各种钙钛矿光敏层结构，在此不再赘述。
其中，二氧化钛层112的主要作用是，传输电子，同时还可以起到阻挡空穴的作用。优选地，二氧化钛层112的厚度为20nm～100nm。这样既可以保证成膜质量，减少二氧化钛层112的缺陷；又可以确保内部的串联电阻较低，有利于短路电流提高。
其中，空穴传输层113的主要作用是，传输空穴。空穴传输层113优选为spiro-OMeTAD。优选地，空穴传输层113的厚度为200nm～400nm。这样既可以保证成膜质量，减少空穴传输层113的缺陷；又可以确保内部的串联电阻较低，有利于短路电流提高。
在本实施例中，电池主体结构110中的二氧化钛层112靠近透明导电薄膜电极120设置。也即，空穴传输层113远离透明导电薄膜电极120设置，也即空穴传输层113靠近金属电极130设置。当然，可以理解的是，也可以是空穴传输层113靠近透明导电薄膜电极120设置。
其中，下转换发光层150的主要作用是，将紫外光转换为可见光。这样避免紫外光进入二氧化钛层112，同时还可以有效利用紫外光的能量，紫外光转换成的可见光可被钙钛矿光敏层111吸收，从而增强了对太阳光的有效利用。另外，对紫外光的有效利用，还避免了紫外光转化为热量，避免热对钙钛矿太阳能电池100的不利影响。
优选地，下转换发光层150的厚度为20nm～100nm。这样既可以提高紫外光的吸收转换作用，又可以避免光的散射。
在本实施例中，下转换发光层150位于载体玻璃140远离透明导电薄膜电极120的一侧。也就是说，下转换发光层150与透明导电薄膜电极120分别位于载体玻璃140的两侧。具体地，下转换发光层150位于载体玻璃140的向光侧，透明导电薄膜电极120位于载体玻璃140的背光侧。当太阳光照射钙钛矿太阳能电池100时，太阳光首先照射进入下转换发光层150，太阳光中的紫外光部分被转换为可见光，连通太阳光中本身的可见光一起射入载体玻璃140以及其下各层，最终被钙钛矿光敏层111吸收利用。这样可以对紫外光充分利用吸收，同时避免紫外光转化为热的不利影响。
参见图2，在本实施例中，下转换发光层150包括透光基体152以及分散在透光基体152中的下转换发光材料颗粒151。下转换发光材料颗粒151在吸收紫外光之后，将紫外光转化为可见光。
优选地，下转换发光材料颗粒151的平均粒径为20nm～50nm。这样有利于纳米颗粒分散。
在本实施例中，透光基体152为紫光外固化胶。这样可以使下转换发光层150耐紫光外，对紫外光的保持性能稳定性。当然，可以理解的是，透光基体152并不局限于紫外光固化胶，还可以是其它透光基体。
当然，可以理解的是，本实用新型的下转换发光层150亦可以镀覆在载体玻璃140上，例如采用电子束蒸发、磁控溅射等镀覆方式直接形成于载体玻璃140上；还可以是涂覆在在载体玻璃140上，例如将掺杂稀土氧化物的前驱体涂覆在载体玻璃140上，然后烧结成膜，形成下转换发光层150。
本实用新型的发明人发现：造成钙钛矿光敏层破坏的原因是，进入二氧化钛层的紫外线，会使二氧化钛生成高能光生电子和空穴，而这些高能光生电子和空穴对钙钛矿光敏层产生破坏，进而导致钙钛矿太阳能电池的使用寿命。而本实用新型的钙钛矿太阳能电池，下转换发光层将太阳光的紫外光转化为可见光，也就是说，使紫外光不能到达二氧化钛层，从而避免二氧化钛层在吸收紫外光后生成高能光生电子和空穴，进而避免了高能光生电子和空穴对钙钛矿光敏层造成的破坏，从而延长了钙钛矿光敏层的寿命和稳定性，最终提高了钙钛矿太阳能电池的使用寿命。
本实用新型还提供了一种钙钛矿太阳能组件。
一种钙钛矿太阳能组件，包括本实用新型所提供的钙钛矿太阳能电池。
当然，可以理解的是，钙钛矿太阳能组件中除了钙钛矿太阳能电池外，还包括其它部件，这些部件的选择以及具体结构，本领域技术人员可以根据实际情况设置，在此不再赘述。
上述钙钛矿太阳能组件，由于采用本实用新型所提供的钙钛矿太阳能电池，故而提高了钙钛矿太阳能电池的使用寿命，进而提高了钙钛矿太阳能组件的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括载体玻璃、设置在所述载体玻璃上的透明导电薄膜电极、金属电极、以及位于所述透明导电薄膜电极与所述金属电极之间的电池主体结构；
所述电池主体结构包括钙钛矿光敏层、位于所述钙钛矿光敏层一侧的二氧化钛层、以及位于所述钙钛矿光敏层另一侧的空穴传输层；
所述钙钛矿太阳能电池还包括下转换发光层；所述下转换发光层设置在所述载体玻璃上。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述下转换发光层的厚度为20nm～100nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述下转换发光层位于所述载体玻璃远离所述透明导电薄膜电极的一侧。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述下转换发光层镀覆在所述载体玻璃上。
5.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述下转换发光层包括透光基体以及分散在所述透光基体中的下转换发光材料颗粒。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述下转换发光材料颗粒的平均粒径为20nm～50nm。
7.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透光基体为紫光外固化胶。
8.根据权利要求1～7任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电池主体结构中的所述二氧化钛层靠近所述透明导电薄膜电极设置。
9.根据权利要求1～7任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述二氧化钛层的厚度为20nm～100nm。
10.一种钙钛矿太阳能组件，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的钙钛矿太阳能电池。
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