[发明专利]一种耗尽型体异质结量子点太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其制备，特别是一种耗尽型体异质结量子点太阳能电池及其制备方法。

背景技术

量子点材料具有价格低廉、吸收范围宽广和较为稳定等诸多优点。同时还具有特有的性质：1)量子限制效应：将量子点应用在太阳能电池上，可以通过控制粒径的尺寸大小改变其吸收波长；2)碰撞离化效应：是指在半导体材料中，当外界提供大于能带的能量时，被激发的电子会以热电子的形式存在，当此热电子由高能级激发态回到低能级激发态时，所释放的能量可将另一个电子由价带激发至导带，此称为碰撞离化化效应，利用此效应，一个高能量的光子可以激发两个或数个热电子，但在半导体块材中热电子的冷却速度非常快，所以上述效应并不明显，然而当半导体材料达到量子点尺寸时，连续的导带逐渐分裂成许多细小的能级，使得热电子冷却速度变慢，所以碰撞离化效应能有效发挥，碰撞离化效应可增加电池的光电流；3)小带结构：半导体材料在量子化后会产生能带分裂的现象，因此在各量子点之间会产生许多细小而连续的能级，称为小带，这种能级结构可以降低热电子的冷却速率，且为热电子提供许多良好的传导和收集路径，使热电子能在较高能级处向外传出，因此可得到较高的光电压。这些效应可用来增强光电转化效率。

异质结型太阳能电池：异质结型器件的结构和肖特基型类似，不同的是其器件结构的活性层是由给体和受体两种材料组成，而不是单一的半导体材料。两种材料之间由于存在能级差而产生一定的电势驱动力，活性层受光激发产生的激子正是通过电势驱动力的作用在给体-受体界面处分离，这就形成了所谓的异质结结构。

无机光伏异质结的类型包括在P型材料和n型材料的界面处形成的p-n异质结，以及在无机光电导材料和金属的界面处形成的肖特基-势垒异质结。

异质结结构包括双层异质结结构和体异质结结构，双层异质结的给体和受体接触面积小，只有在给体和受体接触界面处才会有内建电场，此处光激发的载流子有较大的迁移率，而中性区载流子的迁移率很低，则载流子会在活性层中复合或以其它形式的能量而损失；若使活性区变薄，则会影响对太阳光的吸收就会影响电池的效率。体异质结太阳能电池的活性层是由给体材料和受体材料共混制备而成，这种结构的器件可以使给受体材料以纳米级别的尺寸均匀分散开，这样极大程度的地增加给受体的接触面积，使活性层中处处产生内建电场，提高载流子的传输率。

体异质结太阳能电池的光电转化原理：入射光被活性层吸收，活性层中给体中的电子由价带跃迁到导带，在价带中留下空穴。对于电子，在能量上趋于移动到更低能级，而对于空穴，在能量上趋于移动到更高能级，更简洁的说电子下落空穴上升，这样当载流子扩散到给体和受体的界面处时，在电势差的作用下，电子由给体的导带转移到受体的导带，空穴由受体的价带转移到给体的价带上，它们在内建电场的作用下在活性层中分别传输到阴阳两级并被两极收集。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种耗尽型体异质结量子点太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池活性层中n型半导体材料与p型量子点交叉混合形成多个异质结，有利于提高太阳能电池的转化效率；该太阳能电池制备方法工艺简单、易于实施。

本发明的技术方案：

一种耗尽型体异质结量子点太阳能电池，以掺氟的SnO₂导电玻璃(FTO)为衬底阳极、以TiO₂为阻挡层、以TiO₂为n型层、以PbS量子点为p型层、以Au为电极层并依次叠加构成，其中TiO₂和PbS量子点构成活性层。

所述阻挡层TiO₂膜的厚度为100nm，活性层TiO₂和PbS量子点层的厚度为300nm，电极层Au的厚度为100nm。

一种所述耗尽型体异质结量子点太阳能电池的制备方法，步骤如下：

1)将掺氟的SnO₂导电玻璃(FTO)衬底分别用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇依次进行超声清洗，然后干燥；

2)在上述衬底上用第一种TiO₂的乙醇溶液旋涂第一层TiO₂膜，转速为1000rpm，自然干燥后，在200℃下热处理30min；

3)在上述第一层TiO₂膜上用第二种TiO₂的乙醇溶液旋涂第二层TiO₂膜，转速为600rpm，自然干燥后，在200℃下热处理30min，然后在400℃下热处理60min；