一种高效率太阳能电池结构及其制作方法技术

一种高效率太阳能电池结构及其制作方法，从电池的顶部到底部，依次设置有上电极、顶部传输层、光伏层、底部传输层和下电极；其中所述光伏层为层状结构，且在每层中均嵌入设置有量子点。采用的步骤如下：步骤一：制作下电极；步骤二：在下电极内部制作光伏层，并在光伏层中引入量子点；步骤三：在所述光伏层顶部制作上电极；步骤四：在上电极和下电极接触位置设置绝缘块，防止上电极和下电极短路；步骤五：在所述上电极和下电极的外侧分别设置正负磁极，且该正负磁极与光伏层侧边正对设置。该正负磁极与光伏层侧边正对设置。该正负磁极与光伏层侧边正对设置。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率太阳能电池结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种高效率太阳能电池结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]能源危机是当前世界各国面临的重大难题，开发可再生能源是缓解该问题的有效途径。在众多可再生能源中，太阳能因其具有资源丰富、分布广泛、清洁干净等优点而备受青睐。其最重要、最常见的利用方式是光
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电转换(光伏发电)。目前应用最广泛的太阳能电池材料为硅，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅。为了降低能耗、价格，人们不断探寻新的光伏材料。由于存在固有的自发极化，铁电材料具有体光伏效应和退极化场、畴壁等作用，铁电太阳能电池的光生电压可比铁电材料的带隙(能隙或禁带宽度)高若干数量级，且可通过外电场调控其光生电压，那么理论上这类电池具有较高的光电转换效率(可能突破p
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n结太阳能电池光电转换效率的理论极限(～34％))。
[0003]虽然铁电材料的光生电压很高，但目前得到的光电转换效率较低。为了增强铁电材料的光伏效应，现有技术通过铁电薄膜电极调控，上/下电极功函数选择、引入石墨烯电极和引入缓冲层等方法，优化了铁电薄膜的可见光吸收性、铁电薄膜/电极间的势垒高度和铁电薄膜的退极化场，从而实现了铁电薄膜光伏效应的增强。
[0004]尽管通过各种途径改善了铁电薄膜的光伏效应，但其光电转换效率仍然不够高。影响光电转换效率的因素很多，例如电畴、极化强度、界面势垒、体效应、厚度、缺陷等等，现有的方法也主要从这几个方面来提高光电转换效率，但整体工艺复杂，效果不理想。
[0005]太阳能电池的基本原理是利用光将光伏材料价带上的电子激发到导带，从而产生电子空穴对。再利用内建电场(普通半导体的话是利用P
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N结电场，或者半导体与电极之间的电场；铁电材料是利用材料内部的退极化场、或是畴壁间的电场、畴内部的极化场)将电子空穴分离，分离之后的电子和空穴在材料中向着电极方向运动(有电场存在的时候就是漂移运动+扩散运动，没有电场存在的时候就做扩散运动)，然后电子和空穴被电极收集，通过外电路进行复合。根据这一过程可知，如果要提高光电转换效率，那么可以通过增强光吸收、电子空穴对的产生率、电子空穴对的分离效果、输运效率以及电极的收集率来实现

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种通过在光伏层加入量子点，光伏层既可以吸收短波长的光，还可以吸收长波长的光，达到增强光伏效应的高效率太阳能电池结构及其制作方法，具体技术方案如下：
[0007]一种高效率太阳能电池结构，从电池的顶部到底部，依次设置有上电极、顶部传输层、光伏层、底部传输层和下电极；其中所述光伏层为层状结构，且在每层中均嵌入设置有量子点。
[0008]作为优选：每层所述量子点由顶部向底部浓度依次增加。由于量子点带隙小，因此
光照时上层的量子点吸收的光比较多，下层的量子点吸收较少，无法充分发挥量子点的作用。从上往下，量子点的浓度逐渐增加，每层中的量子点吸收的光都差不多，量子点中产生的光生载流子通过漂移和(或)扩散的形式输运到光伏层中，与光伏层中产生的电子和空穴一起，被光伏层中的电场拉向上/下传输层，最后输运到电极。
[0009]作为优选：每层所述量子点由顶部向底部单个量子点带隙由顶部向底部逐渐减小。每一层中引入不同带隙的量子点，可以是同一种材料的量子点，但由于尺寸不同，所以带隙不同。也可以是材料不同、带隙也不同的量子点。这样的话，可以将带隙较大的量子点嵌入在上层光伏材料中，带隙较小的量子点嵌入到下层光伏材料中，这与对光伏层带隙的要求类似。量子点的浓度可以均匀分布，也可以不均匀分布。
[0010]作为优选：所述上电极包括位于光伏层上方的第一部分，所述下电极包括位于所述光伏层下方的第二部分，还包括在第一方向上位于所述光伏层两侧的第一磁性件与第二磁性件，所述上电极还包括在第二方向上位于所述光伏层一侧且与所述第一部分电连接的第三部分，所述下电极还包括在第二方向上位于所述光伏层一侧且与所述第二部分电连接的第四部分；
[0011]在所述第二部分与所述第三部分之间设置有第一绝缘块，所述第一部分与所述第四部分之间设置第二绝缘块。
[0012]在磁场作用下，光伏材料中载流子在运动的时候将收到磁场力的作用，如果磁场方向垂直于纸面指向人脸，那么空穴在向下，至于是向下还是向上运动，与电场方向有关，运动的时候就会朝左边偏转；相反，电子在朝上运动的时候就会朝右边偏转。如果改变磁场的方向，电子和空穴偏转的方向就会反过来；同样，如果保持磁场方向不变，改变内建电场的方向，电子和空穴偏转的方向就同样会反过来。因此，我们只需要垂直于载流子运动的方向施加磁场，磁场也可以左右施加、也可以前后施加。便可以大幅降低载流子在输运过程中的复合率，提高电极收集载流子的能力，最终起到增强光伏效应的目的。
[0013]一种高效率太阳能电池结构的制作方法，采用的步骤如下：
[0014]步骤一：制作下电极，该下电极的纵截面为L形状；
[0015]步骤二：在所述下电极内部制作光伏层，并在光伏层中引入量子点；
[0016]步骤三：在所述光伏层顶部制作上电极，该上电极的纵截面为L形状，该上电极与所述下电极的纵截面合围成矩形；
[0017]步骤四：在所述上电极和下电极接触位置设置绝缘块，防止上电极和下电极短路；
[0018]步骤五：在所述上电极和下电极的外侧分别设置正负磁极，且该正负磁极与所述光伏层侧边正对设置。
[0019]作为优化：所述步骤一具体为：
[0020]1.1、清洗基片和基片台；
[0021]1.2、将基片通过导热银胶粘在基片台上；
[0022]1.3、放入制作腔体，抽真空作业；
[0023]1.4、缓慢加热到700℃；
[0024]1.5、采用激光对靶材进行预溅射，时间一般为2～5分钟；
[0025]1.6、转动基片台及靶材，并使激光在X、Y方向来回扫描，待温度、气压稳定之后，移开挡板，进行沉积。
[0026]作为优化：所述步骤二中具体为：
[0027]2.1、将步骤一中制作的下电极进行清洗；
[0028]2.2、将下电极通过导热银胶粘在基片台上；
[0029]2.3、放入制作腔体，抽真空作业；
[0030]2.4、缓慢加热到650℃；
[0031]2.5、采用激光对靶材进行预溅射，去掉靶材表面的污物，使靶材露出新鲜的表面，预溅射时间为2～5分钟；
[0032]2.6、转动基片台及靶材，并使激光在X、Y方向来回扫描，待温度、气压稳定之后，移开挡板，进行沉积；
[0033]2.7、通过热水法制备出所需要的PbS量子点；
[0034]2.8、将PbS量子点分散在不同Ca掺杂量的溶胶前驱液中，通过溶胶
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凝胶法制备光伏材料。
[0035]作为优化：所述步骤三具体为，
[0036]3.1、采用掩膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率太阳能电池结构，其特征在于：从电池的顶部到底部，依次设置有上电极、顶部传输层、光伏层、底部传输层和下电极；其中所述光伏层为层状结构，且在每层中均嵌入设置有量子点。2.根据权利要求1所述高效率太阳能电池结构，其特征在于：每层所述量子点由顶部向底部浓度依次增加。3.根据权利要求1所述高效率太阳能电池结构，其特征在于：每层所述量子点由顶部向底部单个量子点带隙由顶部向底部逐渐减小。4.根据权利要求1所述高效率太阳能电池结构，其特征在于：所述上电极包括位于光伏层上方的第一部分，所述下电极包括位于所述光伏层下方的第二部分，还包括在第一方向上位于所述光伏层两侧的第一磁性件与第二磁性件，所述上电极还包括在第二方向上位于所述光伏层一侧且与所述第一部分电连接的第三部分，所述下电极还包括在第二方向上位于所述光伏层一侧且与所述第二部分电连接的第四部分；在所述第二部分与所述第三部分之间设置有第一绝缘块，所述第一部分与所述第四部分之间设置第二绝缘块。5.根据权利要求1到4任意一项所述高效率太阳能电池结构的制作方法，其特征在于，采用的步骤如下：步骤一：制作下电极，该下电极的纵截面为L形状；步骤二：在所述下电极内部制作光伏层，并在光伏层中引入量子点；步骤三：在所述光伏层顶部制作上电极，该上电极的纵截面为L形状，该上电极与所述下电极的纵截面合围成矩形；步骤四：在所述上电极和下电极接触位置设置绝缘块，防止上电极和下电极短路；步骤五：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：符春林，高荣礼，蔡苇，邓小玲，陈刚，王振华，雷祥，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：