[发明专利]一种化合物半导体-铁电耦合的太阳电池

说明书

一种化合物半导体‑铁电耦合的太阳电池，是以BaTiO3铁电纳米颗粒为纳米偶极子，CZTSe为吸收层。本发明的特点是：(1)提出将光伏介质CZTSe和铁电纳米极化颗粒BaTiO3耦合生长在一起形成化合物半导体‑铁电耦合的薄膜，利用CZTSe较高的光吸收系数和BaTiO3铁电纳米颗粒自发极化构建的内建电场分离光生电子和空穴。提高太阳电池的开路电压和效率。(2)通过简单的溶胶凝胶方法，制备出了立方相的BaTiO3。所制备的BaTiO3纳米颗粒的平均粒径为25nm。(3)通过溶液法制备了BaTiO3/CZTSe化合物半导体‑铁电耦合的太阳电池。

技术领域

本发明属于太阳电池制造技术领域，特别涉及一种化合物半导体-铁电耦合的太阳电池。本发明可应用于太阳电池制造方面的技术领域，并可应用于半导体器件制造领域。

背景技术

目前的光伏电池基本都是通过P-N异质结、或染料敏化界面等方法分离光生载流子。根据细致平衡原理计算，这种机制的光伏电池的最高转换效率为32％，太阳光中的大部分能量均没有得到很好的利用。为了利用有限的资源获得更多的能源，一个有效的办法是突破Schockley-Queisser效率，即将太阳电池的转换效率提高，这样既能提高能量的利用率，又能降低材料的使用量。但是，目前的太阳能电池基本都是通过P-N结实现光生载流子的收集，因此转换效率很难突破30％。

2008年V.Karpov等人创造性的提出将光伏介质和铁电纳米极化颗粒耦合生长在一起形成纳米偶极子薄膜，并提出了纳米偶极子太阳电池的初始结构模型。这里所谓偶极子，即一对等值异号的电荷相聚一个小的距离。与传统的P-N结太阳电池相比，它的优点及发电机理如下：

(1)传统P-N结电池，是依靠在异质结界面附近的空间电荷区来分离载流子，即只有处于空间电荷区和扩散长度在耗尽区内的载流子能够被利用。而对于纳米偶极子太阳电池，该器件是由同向排列、在光伏介质中均匀分布的纳米小颗粒电偶极子来产生内建电场，因此电场分布在整个纳米偶极子存在的区域内，这不但能显著提高了载流子的收集，而且大大降低了复合几率。

(2)传统P-N结电池由于有严重的复合，因此电场一般为弱结场。而纳米偶极子电池极化场是P-N结电池的10倍，使得纳米偶极子电池具有更大的开路电压和短路电流。

(3)纳米偶极子薄膜中的极化特性是一种铁电性，具有自发极化的偶极子颗粒在外场干预下进行强极化的特征。因此，纳米偶极子电池同时具有铁电光伏电池的优势，即该光伏效应的光电压不受限于材料的禁带宽度(Eg)，其产生的开路电压理论上可比Eg高2～4个数量级，达到103～105V/cm。

综上所述，通过溶液法，把CZTSe和BaTiO3纳米偶极子进行耦合，制备一种化合物半导体-铁电耦合的太阳电池，提高电池的开路电压，提高器件效率。

综上，我们提出制备化合物半导体-铁电耦合的太阳电池。

发明内容

本发明的目的是解决现有基于P-N结太阳电池光生电子与空穴复合严重，太阳电池开路电压低，太阳电池的转换效率低的问题，提供一种化合物半导体-铁电耦合的太阳电池。

本发明采用溶液法制备化合物半导体-铁电耦合的太阳电池。所提供的化合物半导体-铁电耦合的太阳电池具有以下几个方面的作用：(1)提出了化合物半导体-铁电耦合的太阳电池的初始结构模型。(2)对化合物半导体-铁电耦合的太阳电池的机理进行了分析和推理。(3)提出了化合物半导体-铁电耦合的太阳电池的制备方法。