一種寬光譜吸收的鈣鈦礦太陽電池的制作方法

本實用新型涉及一種鈣鈦礦太陽電池，尤其涉及一種寬光譜吸收的鈣鈦礦太陽電池。

背景技術：

當今社會能源危機顯露，社會年耗能源在持續上漲，溫室效應日益明顯，綠色能源已開始得到普及使用。光伏發電在全球發展迅猛，無論是發達國家還是發展中國家，太陽能電池的發展均得到政府、產業界和科學界的長期關注與投入。鈣鈦礦太陽電池是太陽能電池家族中的新成員，在研發成功至今幾年間，其發電效率提升迅速，單結效率已達到22%，故得到了產業界和科學界的極大重視。

鈣鈦礦太陽能電池由上到下分別為玻璃層、摻氟氧化錫（FTO）層、二氧化鈦電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和電極層。所述的空穴傳輸層可采用spiro-OMeTAD等固態空穴傳輸材料。電極層的電極可采用金屬電極或透明電極。在接受太陽光照射時，陽光首先通過透光率高的玻璃層、FTO層和二氧化鈦電子傳輸層，到達鈣鈦礦光吸收層。鈣鈦礦光吸收層吸收光子產生電子-空穴對。由于鈣鈦礦材料往往具有較低的載流子復合幾率和較高的載流子遷移率，因此產生的載流子的擴散距離和壽命較長。然后，未復合的電子和空穴隨后分別被電子傳輸層和空穴傳輸層收集，即電子從鈣鈦礦光吸收層進入二氧化鈦電子傳輸層，最后被FTO層收集；空穴從鈣鈦礦光吸收層進入空穴傳輸層，最后被電極層收集。最后，通過在FTO層和電極層上連接電路，產生光電流。

由于鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.55eV以上，鈣鈦礦電池的一大缺陷在于鈣鈦礦光吸收層僅能吸收波長小于800nm的光，而不能吸收和利用800~2400nm的、波長較長的光線，導致光能的浪費。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種寬光譜吸收的鈣鈦礦太陽電池，其能夠將波長大于或等于800nm的光線轉化為可被鈣鈦礦光吸收層利用的波長，從而實現鈣鈦礦太陽電池的寬光譜吸收，增加鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種寬光譜吸收的鈣鈦礦太陽電池，其內部結構由上到下分別包括玻璃層、摻氟氧化錫層、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和電極層，其特征在于：所述的的電極層的上方或下方設有轉換材料層，所述的轉換材料層能夠將波長大于或等于800nm的光線轉換為波長小于800nm的光線。

通過在電極層的上方或下方設轉換材料層，本實用新型的鈣鈦礦太陽電池能夠有效地利用波長較長的光線：轉換材料能將波長長于800nm的光線轉換為可被鈣鈦礦光吸收層利用的、波長小于或等于800nm的光線，經轉換后的光線再次進入鈣鈦礦光吸收層，參與太陽電池的光電轉換，從而提升太陽電池的效率。

由于轉換材料層的透光性一般較差，所以必須將設于鈣鈦礦光吸收層的下方，以避免其遮擋波長小于或等于800nm的光線；也就是說，太陽光應先到達鈣鈦礦光吸收層，再到達轉換材料層。

優選地，所述的電極層為透明電極層，所述的轉換材料層設于所述的透明電極層的下方。

當轉換材料層設于電極層上方時，轉換材料層的轉換效果更好，但有可能影響位于其下方的電極層對載流子的收集效果。因此，優選地將轉換材料層設于電極層的下方，并同時采用透明電極層：這樣可以將光線到達轉換材料層前的損失降到最小，同時也保證了電極層對載流子的收集效果。

具體而言，所述的轉換材料層中的轉換材料為NaYF₄:Yb, Er顆粒和/或BaYF₅:Tm,Yb顆粒。

根據需要，本領域的技術人員還可以選擇其它本領域公知的、能夠將波長大于800nm的光線轉換為小于或等于800nm光線的材料。

具體而言，所述的轉換材料層通過旋涂或噴涂技術制備。

具體而言，所述轉換材料層中轉換材料的覆蓋率為0.5~80%。

有益效果：

本實用新型通過在現有的鈣鈦礦太陽電池中加入能夠將波長大于800nm的光線轉化為小于或等于800nm光線的材料，使鈣鈦礦太陽電池能夠吸收和利用更寬光譜范圍內的光線，從而有效地增加了鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率，避免光能的浪費。

附圖說明

下面結合說明書附圖和具體實施例，對本實用新型進行進一步的說明。

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖。

附圖標記：1-玻璃層；2-摻氟氧化錫層；3-二氧化鈦電子傳輸層；4-鈣鈦礦光吸收層；5-空穴傳輸層；6-轉換材料層；7-電極層。

具體實施方式

以下列舉具體實施例對本實用新型進行說明。需要指出的是，實施例只用于對本實用新型做進一步說明，不代表本發明的保護范圍，其他人根據本發明作出的非本質的修改與調整，仍屬于本發明的保護范圍。

實施例1

如圖1所示，本實施例的鈣鈦礦太陽電池的內部結構由上到下分別包括玻璃層1、摻氟氧化錫層2、二氧化鈦電子傳輸層3、鈣鈦礦光吸收層4、空穴傳輸層5、轉換材料層6和電極層7。其中，電極層7采用金屬電極，空穴傳輸層5采用Spiro-MeOTAD溶液制成，轉換材料層6中的轉換材料為NaYF₄:Yb, Er顆粒，轉換材料的覆蓋率為80%，轉化材料層通過旋涂技術制備。

實施例2

如圖2所示，本實施例的鈣鈦礦太陽電池的內部結構由上到下分別包括包括玻璃層1、摻氟氧化錫層2、二氧化鈦電子傳輸層3、鈣鈦礦光吸收層4、空穴傳輸層5、電極層7和轉換材料層6。其中，電極層7采用蒸鍍透明電極，空穴傳輸層5采用Spiro-MeOTAD溶液制成，轉換材料層6中的轉換材料為BaYF₅:Tm,Yb顆粒，轉換材料的覆蓋率為0.5%，轉化材料層通過噴涂技術制備。

實施例3

實施例3與實施例1的結構相似，其不同之處在于：轉換材料層6中的轉換材料為BaYF₅:Tm,Yb顆粒和NaYF₄:Yb, Er顆粒，轉換材料的覆蓋率為45%。

盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。