一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸光層分層結(jié)構(gòu)，屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。在電子傳輸層和空穴傳輸層中間的鈣鈦礦層分為兩層，接近電子傳輸層的鈣鈦礦層為一維導(dǎo)電材料嵌入型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層，在SWCNT嵌入型鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間為未嵌入SWCNT型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層，未嵌入型的常規(guī)鈣鈦礦層相對(duì)于SWCNT嵌入型鈣鈦礦層厚度較薄。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，其載流子遷移率可提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鈣鈦礦層(吸光層)的分層改造，從而提高其載流子遷移率，以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的方法。

背景技術(shù)

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，作為新興的第三代太陽(yáng)能電池，以其諸多的優(yōu)良特性，引起了廣大科研工作者的研究熱情，取得了一系列的成果，使得其商業(yè)化的可能性不斷提升。如何提高器件的性能，是我們一直以來(lái)孜孜以求的目標(biāo)。然而，以往的研究多集中于電子傳輸層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層能帶調(diào)控以及界面修飾的研究，至于新的器件結(jié)構(gòu)方面并無(wú)太多報(bào)道。而往往器件結(jié)構(gòu)的變化，通常會(huì)大大提高其性能，所以合理的對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，對(duì)于進(jìn)一步提高其器件性能具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鈣鈦礦層(吸光層)進(jìn)行分層制備，并在分層結(jié)構(gòu)中嵌入具有優(yōu)良導(dǎo)電性的一維導(dǎo)電納米材料(本例中采用單壁碳納米管(SWCNT))，從而提高其載流子遷移率，進(jìn)而提升器件性能。

一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸光層分層結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容為：在電子傳輸層和空穴傳輸層中間的鈣鈦礦層分為兩層，接近電子傳輸層的鈣鈦礦層為一維導(dǎo)電納米材料嵌入的鈣鈦礦層，以達(dá)到提高載流子傳輸速率，進(jìn)而提升其光電轉(zhuǎn)化效率的目的，故此層一般約占鈣鈦礦層總厚度的80％；在一維導(dǎo)電納米材料嵌入的鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間為未嵌入一維導(dǎo)電納米材料的鈣鈦礦層，目的是防止碳納米管的嵌入導(dǎo)致器件正負(fù)極短路，用以達(dá)到隔離效果，約占鈣鈦礦層總厚度的20％。未嵌入一維導(dǎo)電納米材料型的常規(guī)鈣鈦礦層相對(duì)于一維導(dǎo)電納米材料嵌入型鈣鈦礦層厚度較薄。

一維導(dǎo)電材料一維導(dǎo)電納米材料嵌入型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層為一維導(dǎo)電納米材料均勻分散嵌入到鈣鈦礦層中。未嵌入型的常規(guī)鈣鈦礦層為相對(duì)于一維導(dǎo)電納米材料嵌入型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層而言鈣鈦礦層中沒(méi)有嵌入一維導(dǎo)電納米材料。

本發(fā)明原則上鈣鈦礦層中嵌入的一維導(dǎo)電納米材料需符合尺寸要求。具體尺寸要求一般為：一維材料直徑應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鈣鈦礦層總厚度(一維材料直徑小于等于10nm，鈣鈦礦層總厚度約為650nm)，以免影響鈣鈦礦層的結(jié)晶質(zhì)量。本發(fā)明以單壁碳納米管(SWCNT)為例，以下簡(jiǎn)稱SWCNT，優(yōu)選SWCNT的長(zhǎng)度為300-600nm，優(yōu)選嵌入的密度為1×10⁵―1×10¹⁰根/cm³(嵌入SWCNT鈣鈦礦層)。

本發(fā)明著重于通過(guò)對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鈣鈦礦層的分層嵌入碳納米管，以碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電性，加快鈣鈦礦層載流子的傳輸速率。此外，由于SWCNT在鈣鈦礦層不同晶粒之間的貫穿，可以一定程度上消除晶界對(duì)載流子的阻礙作用，以提高載流子遷移率，進(jìn)而達(dá)到提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的目的。SWCNT嵌入型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層與未嵌入SWCNT型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層中的鈣鈦礦層成分一樣。

以正式平面結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為例：(1)在電子傳輸層和空穴傳輸層中間的鈣鈦礦層分為兩層，兩層厚度可調(diào)。靠近電子傳輸層的鈣鈦礦層為SWCNT嵌入層，用以達(dá)到提高載流子傳輸速率的效果，此層厚度占鈣鈦礦層總厚度的80％；(2)在SWCNT嵌入層上方形成未嵌入SWCNT的鈣鈦礦層，目的是防止SWCNT的嵌入導(dǎo)致器件電子、空穴傳輸層相連，用以達(dá)到隔離的效果，此層占鈣鈦礦層總厚度的20％。

通過(guò)對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鈣鈦礦層的SWCNT分層嵌入，提高了載流子遷移率，可使最終光電轉(zhuǎn)化效率提升約2％。

附圖說(shuō)明