CN207320169U - 一种渐变带隙的钙钛矿电池 - Google Patents

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何晨旭
夏吉东
何志富
丁振华
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

本实用新型公开了一种渐变带隙的钙钛矿电池,包括衬底材料;透明导电薄膜,沉积在衬底材料上;空穴传输层,沉积在透明导电薄膜上;钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层上;电子传输层,沉积在钙钛矿吸收层上;金属电极层,沉积在电子传输层上;所述钙钛矿吸收层至少有两层,所述多层钙钛矿吸收层由上往下依次沉积,且所述多层钙钛矿吸收层的带隙逐渐变大。本实用新型包括两层或两层以上的钙钛矿吸收层材料,实现对不同波段太阳光的吸收,与常规单结钙钛矿相比,增加了吸收层对光谱吸收范围,能够产生更多的光生载流子,获得更高的开路电压和短路电流,提高电池的转换效率。

Description

一种渐变带隙的钥钦矿电池
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太阳能电池技术领域,特别是涉及一种渐变带隙的钙钛矿电池。
背景技术
[°002]钙钛矿太阳能电池是现阶段太阳能电池研究领域的热点,电池的效率在短短五六 年的发展中就接近了 20%,接近甚至超过了晶体硅太阳能电池的效率,也超过了传统的有 机染料敏化太阳能电池的最高效率。这样突出的表现是由于使用的具有钙钛矿型晶体结构 的材料优越的性质:1.5eV-2.2eV范围的带隙;匹配的长电子空穴扩散距离;高的消光系数。 钙钛矿电池较宽的带隙可以获得高的开路电压,短路电流却比较低。通过在晶体硅片生长 钙钛矿材料,可以制成钙钛矿硅异质结太阳电池,利用钙钛矿薄膜材料吸收短波段光,硅材 料吸收长波段光,获得更高的开路电压和短路电流。
[0003] 专利[104993059A]公开了一种硅基钙钛矿异质结太阳能电池,这种电池与传统硅 基异质结太阳能电池材料相比具有更优越的电学和光学性能,可以实现对光谱的分段吸 收,钙钛矿吸收可见光部分,硅吸收红外部分,使得太阳能的利用更加充分。由于钙钛矿材 料对可见光的吸收系数高达104cm-l,用钙钛矿材料作为窗口层会大大降低硅衬底的光吸 收。此外,硅衬底和钙钛矿薄膜界面处态密度较高,复合严重,两种材料折射率差异较大也 会导致光在界面处的反射。需要在钙钛矿薄膜与硅衬底之间设置缓冲层,这对制造工艺和 电池稳定性提出了更高的要求。
[0004]专利[104022225A]公开了一种新型的高效双结铜铟镓硒/钙钛矿复合电池。铜铟 镓硒和钙钛矿作为光的吸收层,利用铜铟镓硒与钙钛矿材料对不同波段太阳光的吸收,提 高电池的转换效率。这种电池的缺点是顶电池和底电池的电流需要匹配一致,钙钛矿薄膜 作为顶电池吸收了很大一部分太阳光。作为底电池吸收层,需要很厚的铜铟镓硒薄膜才能 获得与钙钛矿顶电池一致的光生电流。 实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是,提供设计了一种半叠层、具有渐变带隙吸收 层的太阳能电池结构,减少双结钙钛矿电池的界面效应,解决双结电池电流匹配问题。
[0006] 为了解决以上技术问题,本实用新型的技术方案如下:
[0007] 本实用新型进一步限定的技术方案是:
[000S] —种渐变带隙的钙钛矿电池,包括衬底材料;透明导电薄膜,沉积在衬底材料上; 空穴传输层,沉积在透明导电薄膜上;钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层上;电子传输层,沉 积在钙钛矿吸收层上;金属电极层,沉积在电子传输层上;所述钙钛矿吸收层至少有两层, 所述多层钙钛矿吸收层由上往下依次沉积,且所述多层钙钛矿吸收层的带隙逐渐变大。 [0009]进一步的,包括衬底材料;透明导电薄膜,沉积在衬底材料上;空穴传输层,沉积在 透明导电薄膜上;宽带隙钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层上;窄带隙钙钛矿吸收层,沉积 在宽带隙钙钛矿吸收层;电子传输层,沉积在窄带隙钙钛矿吸收层上;金属电极层,沉积在 电子传输层上。
[0010]进一步的,所述衬底材料为绒面玻璃。
[0011] 进一步的,所述宽带隙钙钛矿吸收层为CH3NH3PbBr3。
[0012] 进一步的,所述窄带隙钙钛矿吸收层为CH3NH3PbI3。
[0013] 进一步的,所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD层。
[0014]进一步的,所述电子传输层为Ti〇2或Sn02薄膜。
[G015]进一步的,金属电极层为Ag。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017] (1)制备两层或两层以上的钙钛矿吸收层材料,入射太阳光先进入带隙最大的吸 收层材料,后依次进入带隙更小的吸收层中,短波长的太阳光在宽带隙材料中被吸收,长波 太阳光在窄带隙材料中被吸收,实现对不同波段太阳光的吸收,与常规单结钙钛矿相比,增 加了吸收层对光谱吸收范围,能够产生更多的光生载流子,获得更高的开路电压和短路电 流,提高电池的转换效率;
[0018] (2)不同带宽的钙钛矿吸收层之间不会产生复合现象,避免出现双结钙钛矿电池 的界面效应,也避免了由于材料不同,折射率差异较大而导致光在界面处的反射的现象; [0019] (3)解决了双结电池顶电池和底电池的电流匹配的问题,不需要增加电池吸收层 的厚度,有效地降低了制造成本,降低了电池的废品率,提高了电池的可靠性。
附图说明
[0020]图1为本实用新型的内部结构示意图;
[0021 ]其中:1、衬底材料;2、透明导电薄膜;3、空穴传输层;4、宽带隙钙钛矿吸收层;5、窄 带隙钙钛矿吸收层;6、电子传输层;7、金属电极层。
具体实施方式
[0022]本实施例提供的一种渐变带隙的钙钛矿电池,结构如图所示,包括衬底材料1,该 衬底材料1为绒面玻璃;透明导电薄膜2,沉积在衬底材料1上;空穴传输层3,沉积在透明导 电薄膜2上,空穴传输层3为Spiro-OMeTAD层;多层钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层3上,多 层钙钛矿吸收层由上往下依次沉积,且所述多层钙钛矿吸收层的带隙逐渐变大,即宽带隙 钙钛矿薄膜靠近空穴传输层3,窄带隙钙钛矿薄膜靠近电子传输层6;电子传输层6,沉积在 窄带隙钙钛矿吸收层5上,电子传输层6为Ti〇2或Sn〇2薄膜;金属电极层7,沉积在电子传输层 6上,本实施例采用Ag作为金属电机层。
[0023]其中,钙钛矿吸收材料一般由旋涂法或气相法沉积而成。在绒面玻璃衬底上先沉 积透明导电薄膜2,再依次沉积空穴传输层3,宽带隙的CHsNHsPbBr:?材料,窄带隙的 OfeMfePbl3,电子传输层6,金属电极层7。在钙钛矿吸收层反应过程中加入少量的氯元素',可 以增大电子空穴的扩散长度,进而提高电池的短路电流。 ^
[0024]与常规单结钙钛矿相比,可以吸收更大范围的太阳光谱,短路电流有很大程度的 提高,电池转换效率可达23%以上。与双结铜铟镓硒/钙钛矿电池相比,在保持转换效率相当 的情况下,制造成本可以节省70%,并且在产品良率、电池可靠性方面都有极大的提高。
[0025]除上述实施例外,本实用新型还可以有其他实施方式;凡采用等同替换或等效变 换形成的技术方案,均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (8)

1. 一种渐变带隙的钙钛矿电池,其特征在于:包括: 衬底材料; 透明导电薄膜,丨几积在衬底材料上; 空穴传输层,沉积在透明导电薄膜上; 钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层上; 电子传输层,沉积在興敏矿吸收层上; 金属电极层,沉积在电子传输层上; 所述钙钛矿吸收层至少有两层,所述多层钙钛矿吸收层由上往下依次沉积,且所述多 层钙钛矿吸收层的带隙逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的一种渐变带隙的钙钛矿电池,其特征在于:包括: 衬底材料; 透明导电薄膜,沉积在衬底材料上; 空穴传输层,沉积在透明导电薄膜上; 宽带隙钙钛矿吸收层,沉积在空穴传输层上; 窄带隙钙钛矿吸收层,沉积在宽带隙钙钛矿吸收层, 电子传输层,沉积在窄带隙钙钛矿吸收层上; 金属电极层,沉积在电子传输层上。
3. 根据权利要求1所述的一种渐变带隙的钙钛矿电池,其特征在于:所述衬底材料为绒 面玻璃。
4. 根据权利要求2所述的一种渐变带隙的钙钛矿电池,其特征在于:所述宽带隙钙钛矿 吸收层为CH3NH3PbBr3。
5. 根据权利要求2所述的一种渐变带隙的钥钛矿电池,其特征在于:所述窄带隙钓钛矿 吸收层为CH3NH3PbI3。
6. 根据权利要求1所述的一种渐变带隙的妈钛矿电池,其特征在于:所述空穴传输层为 Spiro-OMeTAD 层。
7. 根据权利要求1所述的一种渐变带隙的轉钛矿电池,其特征在于:所述电子传输层为 Ti02或Sn02薄膜。
8. 根据权利要求1所述的一种渐变带隙的轉钛矿电池,其特征在于:所述金属电极层为 Ag。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108649127A (zh) * 2018-05-17 2018-10-12 北京大学 一种基于种子层辅助生长的连续多层钙钛矿薄膜制备方法

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