一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能電池器件，具體涉及一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的日益枯竭和其大量使用所帶來的一系列社會及環(huán)境問題，可再生的清潔能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為當(dāng)下一個急需探索的課題。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)得到了高速增長，成為最具潛力的清潔能源。
[0003]如何高效地吸收各個波段的太陽光能量是太陽能電池面臨的一個重大問題。由于太陽光光譜的能量分布較寬，而一般的染料分子僅有一個主吸收峰，只有這個主吸收峰附近的波段才是強吸收波段。理論上，多結(jié)疊層太陽能電池可以有效地解決這個問題。但是，疊層太陽能電池仍然存在著諸多問題，例如更繁瑣的加工工藝，難以找到合適的中間層材料等等。
[0004]相比于多結(jié)疊層太陽能電池，單結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工藝更加簡單，成本更加低廉。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，單結(jié)太陽能電池也能高效地吸收各個波段的太陽光能量。光電轉(zhuǎn)換的第一步是電子給體捕獲光子而被激發(fā)，但是單個電子給體主要捕獲波長位于其吸收峰附近的光子。為了最大限度地利用其他波長的太陽光能量，需要吸收峰有別于電子給體的添加劑來捕獲其它波長的光子。同時，該添加劑捕獲光子后還必須可以激發(fā)電子給體。
[0005]當(dāng)一個熒光供體的發(fā)射光譜與一個熒光受體的激發(fā)光譜相重疊時，供體分子的激發(fā)可以誘發(fā)受體分子發(fā)出熒光，這種現(xiàn)象被稱為熒光共振能量轉(zhuǎn)移。通過檢測受體分子發(fā)出的熒光來研宄分子之間的相互作用的技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生理研宄和免疫分析等領(lǐng)域。在共振能量轉(zhuǎn)移過程中，處于激發(fā)態(tài)的熒光供體可以把一部分或全部能量轉(zhuǎn)移給熒光受體，使熒光受體被激發(fā)。與光致發(fā)光材料激發(fā)相鄰分子不同的是，在整個熒光共振能量轉(zhuǎn)移過程中，不涉及光子的發(fā)射和重新吸收。通過選擇合適的熒光供體作為添加劑，可以有效地拓寬作為熒光受體的電子給體的吸收波段，進而更加有效地利用太陽能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，該太陽能電池具有和雙結(jié)疊層太陽能電池一樣的寬波段吸收的效果，同時又避免了雙結(jié)疊層太陽能電池需要引入一個新的電池單元所帶來的復(fù)雜工藝，為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結(jié)構(gòu)。
[0007]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次連接的:透明玻璃基底、透明前電極層、空穴傳輸層、電子給體層，電子受體層、電子傳輸層和背電極；所述電子給體層的電子給體增加熒光給體作為添加劑，同時電子給體層的電子給體作為熒光受體間接接受添加劑吸收的能量，所述電子給體層的電子給體增加熒光給體后形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移層，所述熒光共振能量轉(zhuǎn)移層和電子受體層形成活性層。
[0009]所述電子給體層的電子給體的材料采用吸收峰位于可見光長波長區(qū)間的材料。
[0010]所述熒光給體與電子給體層的兩個吸收峰相互疊加相互補充，形成了一個寬波段吸收譜組合，為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結(jié)構(gòu)。
[0011]所述熒光共振能量轉(zhuǎn)移層產(chǎn)生電流的方法為:一部分光子直接被電子給體層的電子給體吸收并用于激發(fā)基態(tài)分子，另一部分光子則被熒光給體吸收，通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移間接激發(fā)電子給體層的電子給體的基態(tài)分子；在此過程中，電子給體層的電子給體一方面作為光子吸收材料直接接受能量，同時也作為熒光受體來間接接受能量；無論是直接激發(fā)還是間接激發(fā)的電子給體分子，都能夠?qū)㈦娮觽鬟f給電子受體層從而實現(xiàn)電子-洞穴分離，進而產(chǎn)生電流。
[0012]所述活性層采用平面雙層異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)。
[0013]所述熒光給體與電子給體間的距離小于10納米，熒光給體與電子給體層采用共混的單層結(jié)構(gòu)。
[0014]所述共混的單層結(jié)構(gòu)為量子點+酞菁的共混結(jié)構(gòu)。
[0015]所述酞菁的吸收峰位于650-700納米，而量子點采用吸收峰位于500-550納米的材料。
[0016]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型具備如下優(yōu)點:
[0017]本實用新型熒光共振能量轉(zhuǎn)移層通過有效的能量轉(zhuǎn)移，等于給電子給體層的電子給體材料變相引入了一個新的吸收峰，使得該太陽能電池具有和雙結(jié)疊層太陽能電池一樣的寬波段吸收的效果，同時又避免了雙結(jié)疊層太陽能電池需要引入一個新的電池單元所帶來的復(fù)雜工藝。為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所述太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
[0019]圖2是本實用新型所述電池結(jié)構(gòu)的一個實施范例。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細(xì)說明。
[0021]如圖1所示，本實用新型一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次連接的:透明玻璃基底、透明前電極(正極)層、空穴傳輸層、電子給體層，電子受體層、電子傳輸層和背電極(負(fù)極)層；所述電子給體層的電子給體增加熒光給體作為添加劑，同時電子給體層的電子給體作為熒光受體間接接受添加劑吸收的能量，所述電子給體層的電子給體增加熒光給體后形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移層，所述熒光共振能量轉(zhuǎn)移層和電子受體層形成活性層。
[0022]熒光共振能量轉(zhuǎn)移過程中存在著能量損耗，因此一般情況下熒光給體的吸收峰相對于熒光受體吸收峰存在著藍移(即波長更短，能量更高)。因而選取電子給體(即熒光受體)時，優(yōu)選吸收峰位于可見光長波長區(qū)間的材料。
[0023]熒光共振能量轉(zhuǎn)移是一種非輻射能量轉(zhuǎn)移，此過程沒有光子的參與。其強度與熒光給體-受體之間的距離有關(guān)。一般熒光共振能量轉(zhuǎn)移要求這個距離小于10納米。因此熒光給體與電子給體間的距離小于10納米，熒光給體與電子給體采用共混的單層結(jié)構(gòu)，而不是分離的平面雙層結(jié)構(gòu)。
[0024]進一步地，通過真空蒸鍍得到的數(shù)十納米厚的鈣層則作為電子傳輸層，而繼續(xù)真空蒸鍍得到的數(shù)十納米厚的鋁層則作為電池的負(fù)極及保護層。本實施范例中的活性層、電子傳輸層以及電極材料所使用的原料均已經(jīng)被廣泛使用，因此在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)上有著巨大的潛力。
[0025]如圖2所示，透明玻璃基底作為底座支撐整個太陽能電池，太陽光也從這一層開始入射。太陽能電池的正極采用ITO導(dǎo)電膜(氧化銦錫透明導(dǎo)電膜)，其可以通過濺射或者蒸發(fā)工藝鍍在玻璃上?？昭▊鬏攲觿t采用已經(jīng)被廣泛使用的PED0T:PSS高分子導(dǎo)電材料(3，4-乙撐二氧噻吩聚合物和聚苯乙烯磺酸鹽的混合水溶液)。其膜厚可以由旋涂時的轉(zhuǎn)速及溶液的溶度控制。
[0026]進一步地，所述活性層采用平面雙層異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)。其中熒光給體+電子給體這一層采用量子點+酞菁的共混結(jié)構(gòu)。這一層應(yīng)采用量子點和酞菁的混合溶液，通過例如旋涂或者卷對卷加工工藝得到他們的共混層。這其中酞菁的吸收峰一般位于650-700納米，而量子點則優(yōu)選吸收峰位于500-550納米的材料。富勒烯衍生物則作為電子受體接受酞菁激發(fā)后產(chǎn)生的電子。
[0027]本實用新型的工作原理為:一部分光子直接被電子給體層的電子給體吸收并用于激發(fā)基態(tài)分子，另一部分光子則被熒光給體吸收，通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移間接激發(fā)電子給體層的電子給體的基態(tài)分子；在此過程中，電子給體層的電子給體一方面作為光子吸收材料直接接受能量，同時也作為熒光受體來間接接受能量；無論是直接激發(fā)還是間接激發(fā)的電子給體分子，都能夠?qū)㈦娮觽鬟f給電子受體層從而實現(xiàn)電子-洞穴分離，進而產(chǎn)生電流。
[0028]以上所述僅為本實用新型的一個實施范例而已，并不用于限制本實用新型。對于本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次連接的:透明玻璃基底、透明前電極層、空穴傳輸層、電子給體層，電子受體層、電子傳輸層和背電極層；其特征在于:所述電子給體層的電子給體增加熒光給體作為添加劑，同時電子給體層的電子給體作為熒光受體間接接受添加劑吸收的能量，所述電子給體層的電子給體增加熒光給體后形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移層，所述熒光共振能量轉(zhuǎn)移層和電子受體層形成活性層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電子給體層的電子給體的材料采用吸收峰位于可見光長波長區(qū)間的材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述活性層采用平面雙層異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述熒光給體與電子給體間的距離小于10納米，熒光給體與電子給體層的電子給體采用共混的單層結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述共混的單層結(jié)構(gòu)為量子點+酞菁的共混結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述酞菁的吸收峰位于650-700納米，而量子點采用吸收峰位于500-550納米的材料。
【專利摘要】一種采用共振能量轉(zhuǎn)移層的寬波段太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次連接的：透明玻璃基底、透明前電極層、空穴傳輸層、電子給體層，電子受體層、電子傳輸層和背電極層；所述電子給體層的電子給體增加熒光給體作為添加劑，同時電子給體層的電子給體作為熒光受體間接接受添加劑吸收的能量，所述電子給體層的電子給體增加熒光給體后形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移層，所述熒光共振能量轉(zhuǎn)移層和電子受體層形成活性層；該太陽能電池具有和雙結(jié)疊層太陽能電池一樣的寬波段吸收的效果，同時又避免了雙結(jié)疊層太陽能電池需要引入一個新的電池單元所帶來的復(fù)雜工藝，為最大限度地吸收太陽光光譜的能量提供了一種有效的結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01L51/42, H01L51/46
【公開號】CN204680697
【申請?zhí)枴緾N201520320773
【發(fā)明人】楊洋, 秦校軍, 王一丹, 趙志國, 鄔俊波
【申請人】中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 中國華能集團公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月18日