[发明专利]一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池

说明书

本发明涉及太阳电池领域，提供了一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池。其可以作为制备工艺复杂的叠层太阳电池的替代，在不提高制备工艺难度和技术要求的前提下，通过巧妙设计电池结构，实现电池中有机半导体/无机纳米晶的体异质结与有机半导体双层异质结的并联，利用双结来提升电池对广域太阳光谱的有效吸收，进而提升电池性能。本发明可以作为叠层电池的替代，可以避免叠层电池中吸收光谱及电流匹配的苛刻技术要求。

技术领域

本发明涉及太阳电池的技术领域，特别涉及一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池的结构设计及实现。

背景技术

有机太阳电池作为一种新型薄膜太阳电池，近年得到了广泛的关注和系统的研究。其具有很多不可替代的优势，如轻薄、柔性可折叠、卷对卷廉价大面积制备等。

有机/无机杂化太阳电池是在有机太阳电池的基础上，利用无机纳米半导体材料替代n型有机半导体（受主半导体）而发展出来的新概念薄膜电池。它能够在保持有机太阳电池已有优势的前提下，借助无机半导体自身的优点来弥补有机太阳电池中存在的问题。

由于有机半导体及纳米晶材料自身光吸收特性的限制，较难实现对广域太阳光谱的充分吸收，因而从根本上限制了电池性能的大幅提升。通过引入吸收光谱范围互补的子电池制备叠层太阳电池是一种有效的方式来实现对广域太阳光谱的有效吸收，进而大幅提高电池效率。然而叠层太阳电池需要各子电池之间的光谱及电流匹配，制备工艺较为复杂，技术要求较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，通过重新设计电池结构，在保持现有制备工艺难度和技术要求的前提下，实现新结构电池对广域太阳光谱的有效吸收从而提升电池效率；本发明可以作为叠层电池的替代，可以避免叠层电池中吸收光谱及电流匹配的苛刻技术要求。

本发明的技术方案：

一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池，由衬底、透明导电薄膜、空穴传输层、光吸收层、电子传输层、金属电极等构成。

光吸收层的具体制备方法包括以下两个步骤：

有机半导体材料A与无机纳米晶充分混合后制备薄膜作为电池的活性层。在活性层中两种材料互相接触形成典型的体异质单结结构。

在上述活性层上方引入一层有机半导体材料B，该层的引入将会在原有体异质结的基础上，在有机半导体材料A和B的界面引入双层异质结，该异质结与原有体异质结将会以并联的形式连接。

无机纳米晶与有机半导体材料B之间形成欧姆接触。

所述衬底为玻璃、透光塑料。

所述透明导电薄膜为掺氧化铟锡膜或掺氯氧化锌膜或掺氟氧化锡膜。

所述空穴传输层为功函数在-5.2至-4.7 eV的p型半导体材料。

所述电子传输层为功函数在-4.5至-3.9 eV的n型半导体材料。

所述有机半导体材料A可以为任何p型有机半导体材料。

所述无机纳米晶体为任何形状且尺寸在3-100纳米范围内的无机纳米晶体。

所述有机半导体材料B可以为任何n型有机半导体材料，厚度为5-200纳米。

所述活性层厚度为50-400纳米

本发明的优点和积极效果：

基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池内部存在两个并联的异质结。

本发明可以通过有机半导体材料B的引入，利用有机半导体材料B对太阳光谱的吸收来扩展或者增强太阳电池对广域太阳光谱的充分吸收，从而提高电池效率。