[发明专利]一种宽光谱高吸收率光吸收层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种宽光谱高吸收率光吸收层及其制备方法和应用。本发明的半导体量子点光吸收层、铁电纳米粒子层和铜铟镓硒光吸收层耦合形成光吸收层，在增强光生载流子分离和传输的同时，实现宽光谱吸收，以提高对太阳光的吸收与利用；改变半导体量子点光吸收层的尺寸可对其光学带隙进行调控，从而将半导体量子点光吸收层的吸光范围调节至近红外区域；铁电纳米粒子层在外加电场作用下内部电偶极子会发生定向排列，撤去电场后，铁电材料内部仍然会存在一个退极化电场，该退极化电场可增强光生激子分离。本发明的光吸收层可以实现对不同波长的太阳能进行互补吸收，同时可以增大器件内部的总电场，促进光生载流子的分离和传输，从而实现电池光电转换效率的提升。

技术领域

本发明属于薄膜光伏技术领域，尤其涉及一种宽光谱高吸收率光吸收层及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能作为一种环境友好型清洁能源，其大力开发利用将有效解决目前人类面临的能源紧缺和环境污染问题。太阳能电池作为太阳能的主要利用途径而引起了人们的广泛关注。铜铟镓硒(Cu(In_xGa_1-x)Se₂)薄膜太阳能电池是一种以Cu(In_xGa_1-x)Se₂薄膜为光吸收层的高效率薄膜太阳能电池，因其具有带隙可调、稳定性好、抗辐射能力强、成本低等优点，而被认为是最有可能在民用光伏发电领域获得大规模应用的薄膜太阳能电池。通过调控Cu(In_xGa_1-x)Se₂薄膜中的Ga/In比可使材料禁带宽度达到与太阳光谱匹配的最佳带隙(1.45eV左右)，但是随着Ga含量的增加材料的缺陷增多，增加的界面复合最终导致器件性能降低，限制了材料带隙调控范围，降低了吸收层的光吸收效率。此外在吸收层界面处由于梯度带隙的存在，会产生一个与内建电场方向相反的附加电场，导致空间电荷区中总场强减弱，不利于光生载流子分离。

基于目前的太阳能电池光吸收层存在的缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种宽光谱高吸收率光吸收层及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种宽光谱高吸收率光吸收层，包括：

衬底；

铜铟镓硒光吸收层，其位于所述衬底表面；

铁电纳米粒子层，其位于所述铜铟镓硒光吸收层远离所述衬底一侧的表面；

半导体量子点光吸收层，其位于所述铁电纳米粒子层远离所述衬底一侧的表面。

优选的是，所述的宽光谱高吸收率光吸收层，所述铁电纳米粒子层材料包括钛酸钡、锆钛酸铅、锆钛酸铅镧、铌酸钾钠、铁酸铋、钙锰掺杂铁酸铋、聚偏氟乙烯及其共聚物中的任一种；

和/或，所述半导体量子点光吸收层的材料为铅硫族胶体量子点中的任一种。

优选的是，所述的宽光谱高吸收率光吸收层，所述衬底包括石英玻璃衬底、FTO导电玻璃衬底、ITO导电玻璃衬底中的任一种。

优选的是，所述的宽光谱高吸收率光吸收层，所述铅硫族胶体量子点包括PbS胶体量子点、PbSe胶体量子点、PbTe胶体量子点中的任一种。

第二方面，本发明还提供了一种所述的宽光谱高吸收率光吸收层的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底；

在所述衬底表面制备铜铟镓硒光吸收层；

在所述铜铟镓硒光吸收层远离所述衬底一侧的表面制备铁电纳米粒子层；

在所述铁电纳米粒子层远离所述衬底一侧的表面制备半导体量子点光吸收层。