[发明专利]壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池

说明书

本发明公开了一种壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池，包括相对设置的上电极和下电极，在所述下电极的上部设置有芯层，该芯层包括层状的基部和阵列分布在基部上表面的柱状部，在所述芯层和上电极之间设置有采用钙钛矿制成的壳层，该壳层包覆并贴合在芯层上，所述上电极的下表面与壳层的上端面贴合。采用本发明提供的壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池，结构新颖，易于实现，降低载流子复合率，提高有效载流子浓度，缩短载流子输运路径，从而大幅提高光电转化效率。

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，开发利用可再生能源是解决能源问题的重要途径，而太阳能正是一种分布广泛、取之不尽、清洁无污染的可再生能源。

目前应用最广泛的太阳能电池形态为薄膜太阳能电池，研究最广泛的吸光材料为硅基材料，但硅基太阳能电池光电转化效率已接近理论极限，且存在价格高、能耗大、污染重等不足。因此，研究人员思考用其他材料替代，近十年在硅太阳能电池的基础之上，涌现出多元化合物、有机化合物、有机-无机杂化钙钛矿等新型光伏材料。多元化合物薄膜太阳能电池(碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、铜锌锡硫(CZTS)等)中包含稀有元素，从而成本较高，并且其组成不易控制，从而不利于其大规模的商业应用；有机化合物太阳能电池制备简单、成本低廉、重量轻并可制成柔性器件，但其稳定性差，寿命短，同样不利于大规模应用；有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池结合了无机太阳能电池材料和有机太阳能电池材料的优点，具有较强的捕光能力、优良的电荷输运能力和高的缺陷容限等特性，但是其稳定性和寿命依然不够理想，距离商业应用还有很长的距离。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池，具有更高的光电转化效率。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种壳芯结构钙钛矿纳米线阵列太阳能电池，包括相对设置的上电极和下电极，其要点在于：在所述下电极的上部设置有芯层，该芯层包括层状的基部和阵列分布在基部上表面的柱状部，在所述芯层和上电极之间设置有采用钙钛矿制成的壳层，该壳层包覆并贴合在芯层上，所述上电极的下表面与壳层的上端面贴合。

采用以上结构，壳层为钙钛矿材料制成，芯层为电子/空穴传输层，这种特殊的壳芯层形成了壳芯结构纳米线阵列这种特殊的一维结构，从而具有众多优势：易单晶化，可降低空穴-电子复合率；为载流子提供直接输运通道，增大载流子扩散长度和寿命；易引起光强的共振而产生聚光作用，可打破太阳能电池在光电转化效率上存在的肖克利-奎伊瑟效率极限，从而具有更高的光电转化效率；纳米线阵列具有减反射的作用，使其可以吸收更多的入射光，从而能够提供更多的光生电子-空穴对。光照下，从上电极入射的光被壳层充分吸收产生电子-空穴对，随后在壳层内部发生电子与空穴分离，分离后的电子(空穴)通过芯层迁移至下电极，相应的，空穴(电子)沿壳层输运到达上电极，由此，电子和空穴分别在壳层和芯层传输，从而降低了载流子复合率，提高了有效载流子浓度，同时缩短了载流子输运路径，故实现了更高的光电转化效率。

作为优选：所述壳层包括层状部以及阵列分布在层状部上部的筒状部，所述层状部的下表面与基部的上表面贴合，各个所述筒状部套在对应的柱状部上，且内表面与对应柱状部的外表面贴合，上端面均与上电极的下表面贴合。采用以上结构，具有更大的表面积，有效提高了光子的吸收效率。

作为优选：所述筒状部均为圆柱体形。采用以上结构，稳定可靠，易于制作。

作为优选：所述上电极和下电极中至少上电极为柔性电极。采用以上结构，壳层各个筒状部的上端面的高度可能存在制造误差，而上电极采用柔性电极能够有效克服该问题，降低了太阳能电池的制造难度。

作为优选：所述下电极为导电玻璃，具有更好的支撑强度，利于太阳能电池的制造。