基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池

摘要

本发明公开了基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池，包括：底电极；上表面沿竖直方向生长有由传输材料制成的若干纳米线，纳米线阵列形成太阳能电池的芯层，芯层为第一传输层；每根纳米线表面生长有若干量子点，形成量子点层，受光激发产生电子、空穴，量子点层和纳米线共同形成量子点纳米阵列；量子点纳米线阵列外部设有壳层，为第二传输层，与量子点纳米线阵列共同构成壳芯结构复合纳米线阵列；第一传输层用于传输电子、空穴中的其中一种，第二传输层传输的载流子与第一传输层相反；量子点层包裹在第一传输层和第二传输层之间，将第一传输层和第二传输层分隔开；壳芯结构复合纳米线阵列上方覆盖有上电极，组装形成基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池。

背景技术

量子点敏化太阳能电池由光阳极、电解质、对电极三部分组成，光阳极又包括导电玻璃、量子点以及传输材料。目前，该结构电池中因传输材料是一种多孔膜薄膜结构，比表面积不够大，量子点附着量少；同时对电极与电解液界面能量损失大，对电池填充因子造成很大影响，引起严重的电荷复合和量子点的化学腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池，以增加传输材料层的比表面积，同时将电子传输材料与空穴传输材料分隔开，减少电荷复合。

本发明的目的是这样实现的：

基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池，包括设置于底层的底电极，所述底电极的上表面沿竖直方向生长有由传输材料制成的若干纳米线，呈阵列布置，纳米线阵列形成太阳能电池的芯层，所述纳米线阵列形成太阳能电池的芯层，所述芯层为第一传输层，每根纳米线的表面有均匀分布的若干量子点，若干量子点形成量子点层，作为太阳能电池的吸光层，受光激发产生电子、空穴，所述量子点层和纳米线共同形成量子点纳米线阵列，量子点纳米线阵列外部设有壳层，所述壳层为第二传输层，与量子点纳米线阵列共同构成壳芯结构复合纳米线阵列，所述第一传输层用于传输电子、空穴中的一种，第二传输层传输的载流子与第一传输层相反，所述量子点层包裹在第一传输层和第二传输层之间，将第一传输层和第二传输层分隔开，用于减少传输层之间直接接触引起电荷复合，所述壳芯结构复合纳米线阵列的上方覆盖有上电极，组装形成基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池。

优选地，所述第一传输层为电子传输层，第二传输层为空穴传输层。

优选地，所述第一传输层为空穴传输层，第二传输层为电子传输层。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)通过一维化手段，将现有的第一传输层材料由薄膜替换为纳米线阵列，增加其比表面积，纳米线阵列相对薄膜结构，比表面积明显增大，增加了量子点的附着量。

(2)纳米线阵列中电子、空穴在传输过程中只受到两个维度方向的量子束缚，将其作为电子(或空穴)传输层，为电子(或空穴)提供更多的输运通道，加快了电子(或空穴)的传输。

(3)量子点表面空穴(或电子)传输层壳层有助于空穴(或电子)的传输；量子点将空穴传输材料与电子传输材料分隔开，减少直接接触引起电荷复合，使载流子分离得到有效保证。

(4)本发明的壳芯结构太阳能电池，加快了电子和空穴的传输，增加了量子点的吸光率，使得载流子的产生和分离都到了有效保证，可提高电池的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明电池的结构示意图；

图2为本发明电池中第一传输层、第二传输层和量子点层传输电子、空穴的结构放大图；

图3为纳米线上量子点分布示意图；

图4为图2中I处局部放大图。

附图标记

1为底电极，2为第一传输层，21为纳米线，3为量子点，4为第二传输层，5为上电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1-图4，一种基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池，包括设置于底层的底电极1，所述底电极1的上表面沿竖直方向生长有由传输材料制成的若干纳米线21，呈阵列布置，纳米线阵列形成太阳能电池的芯层，所述芯层为第一传输层2，每根纳米线的表面有均匀分布的若干量子点3，若干量子点形成量子点层，作为太阳能电池的吸光层，受光激发产生电子、空穴，所述量子点层和纳米线共同形成量子点纳米线阵列，量子点纳米线阵列外部设有壳层，所述壳层为第二传输层4，与量子点纳米线阵列共同构成壳芯结构复合纳米线阵列，所述第一传输层2用于传输电子、空穴中的一种，第二传输层4传输的载流子与第一传输层相反，所述量子点层包裹在第一传输层2和第二传输层4之间，将第一传输层2和第二传输层4分隔开，用于减少传输层之间直接接触引起电荷复合，所述壳芯结构复合纳米线阵列的上方覆盖有上电极5，组装形成基于量子点的壳芯结构纳米线阵列太阳能电池。

在本实施例中，所述第一传输层2为电子传输层(或空穴传输层)，第二传输层4为空穴传输层(或电子传输层)，只要两个传输层传输的是电极相反的电子、空穴其中的一种即可。

本实施例中，所述量子点3直径为10nm～20nm，本实施例中，量子点3 材料采用硫化铅，纳米线21材料采用二氧化钛。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。