[发明专利]无机-有机异质结全固态太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种无机-有机异质结全固态太阳能电池。

背景技术

近年来，染料敏化太阳电池作为新兴能源越来越受到科研机构和能源产业界的广泛关注。经过近二十年的研究，染料敏化太阳电池已经取得了较大的进展。但是，所述传统染料敏化太阳能电池仍然存在以下缺陷：（1）传统染料敏化太阳电池对太阳光谱的有效利用率低。传统染料敏化电池通常采用钌系染料作为光敏剂，其光谱吸收范围窄，仅限于400～750nm的可见光范围。即，约占太阳光谱48%的近红外光得不到有效利用，进而影响了电池光电转换效率的提升。同时，所述钌系染料之钌元素，价格昂贵，储量有限，开采等过程易造成环境污染；（2）传统染料敏化电池的电解质溶液和碘单质易于挥发，且所述电解质溶液对封装材料造成侵蚀，进而导致电解质溶液泄露，并降低电池的耐久性和稳定性；（3）传统染料敏化电池的光阳极和对电极制造成本过高。传统染料敏化电池的光阳极和对电极均采用具有透明导电氧化物的玻璃为基底，因为透明导电氧化物的真空成膜工艺以及在太阳能电池中对玻璃透光度等的特殊要求，导致其成本较传统染料敏化电池的其它部分相对过高，达到整个电池制造成本的50～60%；（4）传统染料敏化电池制作工艺复杂，难于适应大面积生产与产业化需求。上述缺陷制约了传统染料敏化太阳电池的效率提升，以及限制了其规模化生产，是本领域技术人员所亟需解决问题。

另一方面，作为第三代新型有机薄膜电池的无机-有机异质结薄膜太阳能电池，包括：光阳极，即电子给体，所述光阳极通过无机半导体光敏剂敏化半导体薄膜制备；空穴传输层，所述空穴传输层为高分子聚合物；对电极，所述对电极采用具有高功函数的金属制备。所述传统的无机-有机异质结薄膜太阳能电池的最高能量转换效率虽已达6%，且具有很大的提升空间。但是，所述传统的无机-有机异质结薄膜太阳能电池的半导体均为镉、锑、铅等形成的硫化物，所述半导体薄膜含重金属元素，毒性大，储量有限，成本较高，不宜广泛推广。同时，所述传统的无机-有机异质结薄膜太阳能电池的空穴传输层的制备工艺要求高，必须在无氧无水的高真空条件下进行，才能保证电池具有较高的光电性能。因此，使用低成本，储量丰富，无毒的无机半导体光敏剂，以及简单易实现的制作工艺制作无机-有机异质结太阳能电池，进一步提高太阳能电池能量转换效率，具有重要的科学和社会意义。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了发明无机-有机异质结全固态太阳能电池。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的染料敏化太阳能电池光电转换效率低、工艺复杂、制造成本高，以及传统的无机-有机异质结薄膜太阳能电池所涉及元素储量有限、毒性大，不适于广泛推广等缺陷提供一种无机-有机异质结全固态太阳能电池。

为了解决上述问题，本发明提供一种无机-有机异质结全固态太阳能电池，包括衬底，所述衬底为具有透光特性的玻璃、PEN、PET或塑料；导电氧化物层，所述导电氧化物层设置在所述衬底上；纳米晶半导体层，所述纳米晶半导体层由纳米晶半导体颗粒形成膜层结构，并设置在所述导电氧化物层上；光敏剂，所述光敏剂涂覆在所述纳米晶半导体层上，并在光激发后产生电子-空穴对；空穴传输层，所述空穴传输层浸润在所述纳米晶半导体层内；对电极，所述对电极设置在所述空穴传输层上，并用于收集所述空穴；以及，封装背板，所述封装背板设置在所述对电极之异于空穴传输层的一侧，并用于防止所述无机-有机异质结全固态太阳能电池受到外界环境污染。

可选的，所述导电氧化物层刻蚀形成第一导电氧化物层和第二导电氧化物层，所述第一氧化物层和所述第二氧化物层并间隔设置在所述衬底上，所述第一导电氧化物层与所述对电极电连接。

可选的，所述衬底具有大于55%的可见光透过率。

可选的，所述导电氧化物层为ITO、FTO或AZO。

可选的，所述形成纳米晶半导体层的纳米晶半导体颗粒为二氧化钛，氧化锌，氧化锡、ⅣB，ⅡB族过渡金属或元素掺杂带隙为3.0~3.6eV的氧化物中的一种或者其中几种构成。

可选的，所述用于形成纳米晶半导体层的纳米晶半导体颗粒为纳米粒子、纳米管、微球、纳米线、纳米棒。

可选的，所述纳米晶半导体层的纳米晶半导体颗粒的粒径为2~2000nm。

可选的，所述用于形成纳米晶半导体层的纳米晶半导体颗粒为2~40nm的TiO₂粒子或20~2000nm的TiO₂微球。

可选的，所述光敏剂为无机半导体光敏剂。