CN207993904U - 一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光伏技术领域，具体为一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，包括透明导电阴极层，其特征在于：所述透明导电阴极层上设置有新型阴极修饰层，所述的新型阴极修饰层为三层复合结构，包括第一阴极修饰层，第二阴极修饰层和第三阴极修饰层，第一阴极修饰层为TiO2，第一阴极修饰层厚度为30 nm，所述的第二阴极修饰层设置在第一阴极修饰层之上，第二阴极修饰层为Au，第二阴极修饰层的厚度为0.5 nm，所述的第三阴极修饰层设置在第二阴极修饰层之上，第三阴极修饰层为Bphen，第三阴极修饰层的厚度为5 nm，所述的新型阴极修饰层上设置有光吸收层，光吸收层为三层结构。

Description

一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池

技术领域

本实用新型属于光伏技术领域，具体为一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的光电器件。按照制备材料的不同，主要分为晶体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、CIGS(铜铟镓锡)太阳电池、以砷化镓为代表的III-V族太阳电池、有机聚合物太阳电池等。在这些太阳能电池中，有机太阳能电池在成本，柔性兼容，材料设计等方便具有独到的优势。

经过多年的发展，有机太阳能电池的效率获得了大幅的提高，但还是存在一些问题。传统的有机太阳能电池的能量转换效率仍较低，特别单一有机材料的吸收不能完全覆盖太阳光谱。另一方面，传统的正向结构的有机太阳能电池的寿命稳定性差，采用倒置结构可以部分解决寿命问题，但是需要设计良好的阴极修饰层，以降低电极的功函数，促进电子的收集。

所以，提供一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池成为我们要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于新型阴极修饰层的倒置结构近红外光电探测器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，包括透明导电阴极层，其特征在于：所述透明导电阴极层上设置有新型阴极修饰层，所述的新型阴极修饰层为三层复合结构，包括第一阴极修饰层，第二阴极修饰层和第三阴极修饰层，第一阴极修饰层为TiO₂，第一阴极修饰层厚度为30 nm，所述的第二阴极修饰层设置在第一阴极修饰层之上，第二阴极修饰层为Au，第二阴极修饰层的厚度为0.5 nm，所述的第三阴极修饰层设置在第二阴极修饰层之上，第三阴极修饰层为Bphen，第三阴极修饰层的厚度为5 nm，所述的新型阴极修饰层上设置有光吸收层，光吸收层为三层结构，包括依次层叠的第一光吸收层、第二光吸收层和第三光吸收层，所述的第一光吸收层为C70，第一光吸收层的厚度为14 nm，所述的第二光吸收层设置于第一光吸收层之上，所述的第二光吸收层为ZnPc，第二光吸收层厚度为10 nm，所述的第三光吸收层设置于第二光吸收层之上，所述的第三光吸收层为PbPc，第三光吸收层的厚度为20 nm，所述的光吸收层上设置有阳极修饰层，所述阳极修饰层上设置有反射阳极层。

作为优选的，所述的透明导电阴极层为ITO导电玻璃，ITO导电玻璃方块电阻小于15欧姆，透明导电阴极层在可见光的平均透过率大于90%。

作为优选的，所述的阳极修饰层为V₂O₅，阳极修饰层的厚度为10 nm。

作为优选的，所述的反射阳极层为Al，反射阳极层的厚度为100 nm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用30 nm的TiO₂，0.5nm的Au和5 nm的Bphen作为复合型新型阴极修饰层，ZnO可以降低透明电极的功函数，提高器件的内建电场，0.5 nm的Au可以使得大部分波长的可见光发生散射，促进光吸收层对可见光的吸收，5 nm的Bphen可以起到防止光生激子在Au上猝灭的作用，通过复合型新型阴极修饰层的综合作用，最终大幅提高倒置太阳能电池的能量转换效率。本实用新型同时采用三层光吸收层结构，C70、ZnPc和PbPc的光吸收范围互相互补，使得光吸收范围可以范围绝大部分可见光范围，同时ZnPc作为酞菁类材料，具有良好的双极性，可以促进光生电子空穴在光吸收层的解离合传输，最终大幅提高倒置太阳能电池的能量转换效率。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中阴极修饰层结构示意图；

图3为本实用新型中光吸收层结构示意图。

图中：1-透明导电阴极层，2-新型阴极修饰层，3-光吸收层,4-阳极修饰层,5-反射阳极层, 201-第一阴极修饰层, 202-第二阴极修饰层, 203-第三阴极修饰层, 301-第一光吸收层，302-第二光吸收层，303-第三光吸收层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，包括透明导电阴极层1，透明导电阴极层1上设置有新型阴极修饰层2，新型阴极修饰层2为三层复合结构，包括第一阴极修饰层201，第二阴极修饰层202和第三阴极修饰层203，第一阴极修饰层201为TiO₂，第一阴极修饰层201厚度为30 nm，第二阴极修饰层202设置在第一阴极修饰层201之上，第二阴极修饰层202为Au，第二阴极修饰层202的厚度为0.5 nm，第三阴极修饰层203设置在第二阴极修饰层202之上，第三阴极修饰层203为Bphen，第三阴极修饰层203的厚度为5 nm，新型阴极修饰层2上设置有光吸收层3，光吸收层3为三层结构，包括依次层叠的第一光吸收层301、第二光吸收层302和第三光吸收层303，所述的第一光吸收层301为C70，第一光吸收层301的厚度为14 nm，第二光吸收层302设置于第一光吸收层301之上，第二光吸收层302为ZnPc，第二光吸收层302厚度为10 nm，第三光吸收层303设置于第二光吸收层302之上，第三光吸收层303为PbPc，第三光吸收层303的厚度为20 nm，光吸收层3上设置有阳极修饰层4，阳极修饰层4上设置有反射阳极层5；进一步的，所述的透明导电阴极层1为ITO导电玻璃，ITO导电玻璃方块电阻小于15欧姆，透明导电阴极层1在可见光的平均透过率大于90%；进一步的，所述的阳极修饰层4为V₂O₅，阳极修饰层4的厚度为10 nm；进一步的，所述的反射阳极层5为Al，反射阳极层5的厚度为100 nm。

工作原理：器件工作时，太阳光从透明导电阴极层1一侧射入电池内部，到达C70第一光吸收层301、ZnPc第二光吸收层302和PbPc第三光吸收层303处，入射光，被C70第一光吸收层301、ZnPc第二光吸收层302和PbPc第三光吸收层303吸收，在C70第一光吸收层301、ZnPc第二光吸收层302和PbPc第三光吸收层303中形成光生激子，光生激子扩散到C70第一光吸收层301和ZnPc第二光吸收层302的界面处，在界面能级差的左右下，光生激子发生解离，形成电子和空穴，电子和空穴在器件内建电场的作用下，分别向阴极和阳极运动，并被阴极和阳极收集，形成光生电流。由于ZnPc具有双极性，既可以传输电子也可以传输空穴，所以在PbPc和C70以及ZnPc中形成的光生电荷都可以在器件内部有效的传输。由于采用了三层新型新型阴极修饰层，提高了器件内部的内建电场，促进了电荷的收集，增加了器件的光吸收，增大了光电流，最终提高了器件的能量转换效率。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，包括透明导电阴极层(1)，其特征在于：所述透明导电阴极层(1)上设置有新型阴极修饰层（2），所述的新型阴极修饰层（2）为三层复合结构，包括第一阴极修饰层（201），第二阴极修饰层（202）和第三阴极修饰层（203），第一阴极修饰层（201）为TiO₂，第一阴极修饰层（201）厚度为30 nm，所述的第二阴极修饰层（202）设置在第一阴极修饰层（201）之上，第二阴极修饰层（202）为Au，第二阴极修饰层（202）的厚度为0.5 nm，所述的第三阴极修饰层（203）设置在第二阴极修饰层（202）之上，第三阴极修饰层（203）为Bphen，第三阴极修饰层（203）的厚度为5 nm，所述的新型阴极修饰层（2）上设置有光吸收层（3），光吸收层（3）为三层结构，包括依次层叠的第一光吸收层（301）、第二光吸收层（302）和第三光吸收层（303），所述的第一光吸收层（301）为C70，第一光吸收层（301）的厚度为14 nm，所述的第二光吸收层（302）设置于第一光吸收层（301）之上，所述的第二光吸收层（302）为ZnPc，第二光吸收层（302）厚度为10 nm，所述的第三光吸收层（303）设置于第二光吸收层（302）之上，所述的第三光吸收层（303）为PbPc，第三光吸收层（303）的厚度为20 nm，所述的光吸收层（3）上设置有阳极修饰层（4），所述阳极修饰层（4）上设置有反射阳极层（5）。

2.根据权利要求1所述的一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，其特征在于：所述的透明导电阴极层(1)为ITO导电玻璃，ITO导电玻璃方块电阻小于15欧姆，透明导电阴极层(1)在可见光的平均透过率大于90%。

3.根据权利要求1所述的一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，其特征在于：所述的阳极修饰层（4）为V₂O₅，阳极修饰层（4）的厚度为10 nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于新型阴极修饰层的倒置结构的太阳能光伏电池，其特征在于：所述的反射阳极层（5）为Al，反射阳极层（5）的厚度为100 nm。