本實用新型屬于薄膜太陽能電池器件設(shè)計制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能電池結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的日益枯竭和其使用所帶來的高昂的環(huán)境成本，可再生清潔能源的開發(fā)和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)得到了高速增長，成為最具潛力的清潔能源。近年來發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦型太陽能電池由于高轉(zhuǎn)換效率、低成本、環(huán)境友善、可撓式產(chǎn)品化等優(yōu)點備受關(guān)注。

透明電極是鈣鈦礦型太陽能電池結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分之一，起到將太陽電池產(chǎn)生的光電流傳導(dǎo)到外電路的作用。透明電極需要具有以下特性：高導(dǎo)電性、高透光率以及產(chǎn)業(yè)化需要的柔性(可撓性)；此外，在大規(guī)模生產(chǎn)的要求下，還需要具有低成本、易合成、適合大規(guī)模制備等特點。目前常用的透明電極為FTO(摻氟氧化錫)、ITO(氧化銦錫)、AZO(摻鋁氧化鋅)等，這類金屬氧化物半導(dǎo)體類的透明電極除了具備90％左右較高透光率的優(yōu)勢之外，其導(dǎo)電性、可撓性均較差；此外其生產(chǎn)大多需要使用磁控濺射、原子沉積、激光沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延等高耗能的制備方法和相應(yīng)設(shè)備，成本高，制備條件苛刻。

因此申請人提出了一種利用碳納米管透明電極的太陽能電池結(jié)構(gòu)，但是碳納米管透明電極與一般基底之間的結(jié)合力不強，導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種太陽能電池結(jié)構(gòu)，將碳納米管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)薄膜在鈣鈦礦型太陽電池結(jié)構(gòu)中作為透明電極層，所述的碳納米管透明電極為具有高透光性的單壁碳納米管及多壁碳納米管網(wǎng)狀導(dǎo)電薄膜，其導(dǎo)電性、透光率及可撓性大大優(yōu)于前述的半導(dǎo)體金屬氧化物；并且增設(shè)樹脂粘結(jié)層使得電極層與基底之間結(jié)合力更加緊密，或者直接將樹脂粘結(jié)層作為基底使用。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括基底、碳納米管透明電極層102、金屬對電極層112以及設(shè)置在碳納米管透明電極層102和金屬對電極層112之間的鈣鈦礦活性層108，在所述碳納米管透明電極層102和基底之間設(shè)置有樹脂粘結(jié)層101。

所述碳納米管透明電極層102為由單壁碳納米管或由多壁碳納米管或由單壁碳納米管和多壁碳納米管混合組成的網(wǎng)狀導(dǎo)電薄膜。

所述單壁及多壁碳納米管的直徑為1-100nm，具有1000：1以上的長徑比。

所述單壁及多壁碳納米管具有10000：1以上的長徑比。

一種具體電池結(jié)構(gòu)，所述碳納米管透明電極層102和金屬對電極層112之間還設(shè)置有半導(dǎo)體致密層104、多孔支架層或電子傳輸層106和空穴傳輸層110，其中，半導(dǎo)體致密層104位于碳納米管透明電極層102上，多孔支架層或電子傳輸層106位于半導(dǎo)體致密層104與鈣鈦礦活性層108之間，空穴傳輸層110位于鈣鈦礦活性層108與金屬對電極層112之間。

所述碳納米管透明電極層102厚度為5-100nm；所述半導(dǎo)體致密層104厚度為20-150nm；所述多孔支架層或電子傳輸層106厚度為100-2000nm；所述鈣鈦礦活性層108厚度為100-3000nm；所述空穴傳輸層110厚度為10-200nm。

或者，另一種具體結(jié)構(gòu)，所述碳納米管透明電極層102和金屬對電極層112之間還設(shè)置有電子傳輸層106和空穴傳輸層110，其中，空穴傳輸層110位于碳納米管透明電極層102和鈣鈦礦活性層108之間，電子傳輸層106位于鈣鈦礦活性層108和金屬對電極層112之間。

本實用新型一種太陽能電池結(jié)構(gòu)的另一種形式，包括碳納米管透明電極層102、金屬對電極層112以及設(shè)置在碳納米管透明電極層102和金屬對電極層112之間的鈣鈦礦活性層108，其特征在于，在所述碳納米管透明電極層102下方設(shè)置有作為基底的樹脂粘結(jié)層101。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型用碳納米管透明電極替代原結(jié)構(gòu)中的透明電極，碳納米管透明電極主要結(jié)構(gòu)為具有高透光性的單壁及多壁碳納米管網(wǎng)狀導(dǎo)電薄膜，其導(dǎo)電性、透光率、產(chǎn)品柔性均優(yōu)于現(xiàn)有材料；并且利用樹脂粘結(jié)層提高電極層與基底之間的結(jié)合力，或者直接將樹脂粘結(jié)層作為基底使用，使得太陽能電池結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本實用新型使用碳納米管透明電極的鈣鈦礦型太陽電池的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型使用碳納米管透明電極的鈣鈦礦型太陽電池的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型碳納米管透明電極的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在描述本實用新型的實施方案時，為了清楚起見，使用了特定的術(shù)語。然而，本實用新型無意局限于所選擇的特定術(shù)語。應(yīng)了解每個特定元件包括類似的方法運行以實現(xiàn)類似目的的所有技術(shù)等同物。

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明。

圖1為使用碳納米管透明電極的鈣鈦礦型太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖，其電池結(jié)構(gòu)由以下部分組成：

0.樹脂粘結(jié)層101，其制備工藝：將聚丙烯酸類樹脂的單體與質(zhì)量濃度1％的光引發(fā)劑DMPA混合后涂覆于玻璃或者PET基底表面，在紫外光照射下，室溫條件下引發(fā)聚合反應(yīng)，形成粘結(jié)層，用于增強碳納米管透明電極與玻璃或PET基底之間的粘合性，或者也可以直接將該樹脂粘結(jié)層101作為基底進行使用。

1.碳納米管透明電極層102，可以采用化學(xué)氣相沉積法、電弧放電法、激光燒蝕法、固相熱解法、輝光放電法、氣體燃燒法以及聚合反應(yīng)合成法等方法進行制備。特別的，采用溶液聚合方法制備或其他方法制備的單壁及多壁碳納米管溶液漿料特別易于大規(guī)模、低成本地進行合成，同時利用卷對卷制備技術(shù)，如狹縫涂布、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、噴墨涂布、噴墨印刷等進行大規(guī)模生產(chǎn)。厚度可以為5-100nm，層結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本層的另一特點為柔性，大大改善了傳統(tǒng)半導(dǎo)體金屬氧化物透明電極的易碎性。

2.在碳納米管透明電極層102上形成的與鈣鈦礦活性層材料能級匹配的半導(dǎo)體致密層104(通常為二氧化鈦或氧化鋅)。厚度為20-150nm。

3.在致密導(dǎo)電層上形成的多孔支架層或電子傳輸層106，通常為介孔二氧化鈦，使用溶膠凝膠法制備介觀粒子溶膠后，退火燒結(jié)制備。也可以使用富勒烯類電子傳輸層材料代替。厚度為100-2000nm。

4.在多孔支架層上形成的活性鈣鈦礦層108，結(jié)構(gòu)為(RNH₃)AX_nY_3-n(R＝烴基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n為0-3的實數(shù))，通常采用旋涂法、氣相沉積、磁控濺射等方法形成，也可以采用適用于柔性及大規(guī)模制備的卷對卷工藝進行制備，即將活性材料的漿料通過狹縫涂布、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、噴墨涂布、噴墨印刷等方法形成。厚度為100-3000nm。

5.在活性鈣鈦礦層108上形成的空穴傳輸層110，其特點為與鈣鈦礦活性材料能級相匹配的有機、無機材料，如碘化亞銅、PEDOT：PSS、聚對苯撐乙烯類、聚噻吩類、聚硅烷類、三苯甲烷類、三芳胺類、腙類、吡唑啉類、嚼唑類、咔唑類、丁二烯類等，厚度為100-1000nm。

6.在空穴傳輸層上形成的金屬對電極層112，材料為金、銀、鋁、鉑等金屬，可采用磁控濺射、熱蒸發(fā)、原子沉積、激光沉積等方法制備，在柔性制備過程中，還可以使用卷對卷工藝進行制備，即將導(dǎo)電金屬電極材料的漿料通過狹縫涂布、刮刀涂布、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、噴墨涂布、噴墨印刷等方法形成。厚度為10-200nm。

在上述各層中，半導(dǎo)體致密層104與空穴傳輸層110可以不用，以簡化工藝，降低成本，但得到的電池效率相對較低。

在上述各層中，每層的材料均為現(xiàn)有產(chǎn)品。

圖2為另一種結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型太陽能電池，將正負(fù)極倒置，結(jié)構(gòu)中包括樹脂粘結(jié)層101，碳納米管透明電極層102，空穴傳輸層110，活性鈣鈦礦層108，電子傳輸層106，金屬對電極層112。

圖3為碳納米管透明電極的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，其中每一條黑線代表一根直徑為1-100nm的單壁或多壁碳納米管。如果采用溶液方法或其他方法制備的碳納米管進行溶液相分散，則可以將得到的碳納米管溶液制成漿料進行卷對卷工藝制備，得到無規(guī)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)的透光性取決于碳納米管的疏密程度，一般情況下可以達(dá)到95％以上，優(yōu)于現(xiàn)有方案使用的金屬氧化物半導(dǎo)體類材料。