一种具有温差发电片的集成器件及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有温差发电片的集成器件，其包括钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括导电基底、设置在所述导电基底上的光阳极、设在所述光阳极上的钙钛矿光敏层及设置在所述钙钛矿光敏层上的碳对电极。所述集成器件还包括设置在所述碳对电极上的温差发电片，所述温差发电片与所述钙钛矿太阳能电池通过串联的方式电性连接。本发明还涉及一种具有温差发电片的集成器件的制作方法。
【专利说明】
一种具有温差发电片的集成器件及其制作方法
技术领域
[0001]本发明属于太阳能利用相关领域，更具体地，涉及一种具有温差发电片的集成器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]人们对煤、石油、天然气这几种化石能源的依赖，造成了不断加深的能源缺乏问题及环境污染问题，寻求清洁可再生的绿色环保型能源越来越受到人们的关注。其中，太阳能电池由于其能够利用清洁无污染的太阳能制备源源不断的电能，一直是人们研究的焦点。I丐钦矿材料由于具有尚的吸光度、尚的电子迁移率、材料廉价、易于合成等特点而被广泛的应用于太阳能电池。
[0003]标准太阳光的波长范围为300nm?1400nm，钙钛矿太阳能电池受到材料禁带宽度的限制，其通常只能吸收400nm?SOOnm波长范围的可见光，太阳光中其余波长的光都得不到有效的利用，限制了太阳光谱的利用范围。为解决上述问题，现有的主要解决方案有两种，一种是对钙钛矿材料进行掺杂，调整钙钛矿材料的带隙从而实现吸收光谱的扩宽，然而这种方式制作工艺繁琐，改善效果有限；另一种是制备一种叠层或者多节太阳能电池，不同的节点吸收不同波长的太阳光从而实现全光谱吸收，然而这种方式导致太阳能电池结构复杂，成本较高，体积较大。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有温差发电片的集成器件，其基于钙钛矿太阳能电池的工作特点，将钙钛矿太阳能电池与温差发电片集成在一起。所述钙钛矿太阳能电池将太阳光中的可见光部分转化为电能;碳对电极同时作为所述温差发电片的吸光层，其能有效吸收太阳光中其他波长的光并将吸收的光转化为热能传导到所述温差发电片的热面层，所述温差发电片利用材料的赛贝克特性产生电能，扩宽了吸收光谱的范围，提高了太阳光的利用率，降低了成本，结构简单，体积较小，且方便制作。
[0005]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有温差发电片的集成器件，其包括钙钛矿太阳能电池，其特征在于:
[0006]所述钙钛矿太阳能电池包括导电基底、设置在所述导电基底上的光阳极、设在所述光阳极上的钙钛矿光敏层及设置在所述钙钛矿光敏层上的碳对电极；
[0007]所述集成器件还包括设置在所述碳对电极上的温差发电片，所述温差发电片与所述钙钛矿太阳能电池通过串联的方式电性连接。
[0008]进一步的，所述温差发电片包括连接于所述碳对电极的热面层、与所述热面层间隔设置的冷面层及连接所述热面层及所述冷面层的半导体层，所述半导体层与所述碳对电极电性连接。
[0009]进一步的，所述碳对电极通过导热硅脂连接于所述热面层。
[0010]按照本发明的另一方面，提供了一种具有温差发电片的集成器件的制作方法，其包括以下步骤:
[0011](I)预处理导电基底；
[0012](2)在所述导电基底上形成光阳极；
[0013](3)在所述光阳极上形成钙钛矿光敏层；
[0014](4)在所述钙钛矿光敏层上形成碳对电极，以得到钙钛矿太阳能电池；
[0015](5)提供一个温差发电片，将所述温差导电片连接于所述碳对电极，同时，所述钙钛矿太阳能电池通过串联的方式与所述温差发电片电性连接。
[0016]进一步的，所述温差发电片的热面层通过导热硅脂连接于所述钙钛矿太阳能电池。
[0017]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的具有温差发电片的集成器件，其将钙钛矿太阳能电池与温差发电片集成在一起。所述钙钛矿太阳能电池将太阳光中的可见光部分转化为电能;碳对电极同时作为所述温差发电片的吸光层，其能有效吸收太阳光中其他波长的光并将吸收的光转化为热能传导到所述温差发电片的热面层，所述温差发电片利用材料的赛贝克特性产生电能，扩宽了吸收光谱的范围，提高了太阳光的利用率，降低了成本，结构简单，体积较小，且方便制作。
【附图说明】
[0018]图1是本发明较佳实施方式提供的具有温差发电片的集成器件的结构示意图。
[0019]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:100-集成器件，10-钙钛矿太阳能电池，11-导电基底，111-导电玻璃，112-导电薄膜，12-光阳极，13-钙钛矿光敏层，14-碳对电极，20-温差发电片，21-热面层，22-冷面层，23-半导体层。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]请参阅图1，本发明第一实施方式提供的具有温差发电片的集成器件的制作方法包括以下步骤:
[0022]第一步，预处理导电基底。具体地，首先，提供一个导电基底11，将所述导电基底11用丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟;之后，将所述导电基底11烘干后再用紫外臭氧清洗机进行表面改性。所述导电基底11的方块电阻可达7 Ω/□，光透率大于90%，耐受温度可达500°C。本实施方式中，所述导电基底11包括导电玻璃111及形成在所述导电玻璃111上的导电薄膜112。
[0023]第二步，制备光阳极。具体地，采用旋涂法在所述导电薄膜112上制备T12致密层及T12多孔层，以得到光阳极12。本实施方式中，所述致密层的厚度为20nm，所述多孔层的厚度为200nm;可以理解，在其他实施方式中，所述致密层的厚度可以为20nm?80nm之间的任意值，所述多孔层的厚度可以为200nm-800nm之间的任意值。
[0024]第三步，制备钙钛矿光敏层。具体的，首先将CH3NH3I与PbI2按照摩尔比为1:1配比成γ-丁内酯溶液;之后将所述γ-丁内酯溶液在60°c下充分混合12小时，得到黄色的澄清液;最后，采用旋涂法将所述澄清液沉积在所述光阳极12的表面上，以形成钙钛矿光敏层13ο
[0025]第四步，制备碳对电极。具体地，采用尼龙酸二甲酯(DBE)作为有机载体、丙烯酸树脂及乙基纤维素作为粘结剂、石墨粉及炭黑粉作为导电填料通过球磨制备低温碳浆料;之后，采用丝网印刷工艺将所述低温碳浆料直接印刷在所述钙钛矿光敏层13上，以得到碳对电极14，完成钙钛矿太阳能电池10的制备。
[0026]第五步，集成器件的组成。具体地，提供一个温差发电片20，将所述钙钛矿太阳能电池10放置在所述温差发电片20的热面层21上，并采用导热硅脂将所述钙钛矿太阳能电池10与所述热面层21进行连接;之后，将所述钙钛矿太阳能电池10与所述温差发电片20采用串联的方式进行电连接，得到具有温差发电片的集成器件100。
[0027]本发明第二实施方式提供的具有温差发电片的集成器件的制作方法包括以下步骤:
[0028]第一步，预处理导电基底。具体地，首先，提供一个导电基底11，将所述导电基底11用丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟;之后，将所述导电基底11烘干后再用紫外臭氧清洗机进行表面改性。所述导电基底11的方块电阻可达7 Ω/□，光透率大于90%，耐受温度可达500°C。本实施方式中，所述导电基底11包括导电玻璃111及形成在所述导电玻璃111上的导电薄膜112。
[0029]第二步，制备光阳极。具体地，采用旋涂法在所述导电薄膜112上制备T12致密层及Al2O3多孔层，以得到光阳极12。本实施方式中，所述致密层的厚度为50nm，所述多孔层的厚度为500nmo
[0030]第三步，制备钙钛矿光敏层。具体的，首先将CH3NH3I与PbCl2按照摩尔比为3:1配比成DMF溶液;之后将所述DMF溶液在60 V下充分混合12小时，得到黄色的澄清液;最后，采用旋涂法将所述澄清液沉积在所述光阳极12的表面上，以形成钙钛矿光敏层13。
[0031]第四步，制备碳对电极。具体地，采用尼龙酸二甲酯(DBE)作为有机载体、丙烯酸树脂及乙基纤维素作为粘结剂、石墨粉及炭黑粉作为导电填料通过球磨制备低温碳浆料;之后，采用丝网印刷工艺将所述低温碳浆料直接印刷在所述钙钛矿光敏层13上，以得到碳对电极14，完成钙钛矿太阳能电池10的制备。
[0032]第五步，集成器件的组装。具体地，提供一个温差发电片20，将所述钙钛矿太阳能电池10放置在所述温差发电片20的热面层21上，并采用导热硅脂将所述钙钛矿太阳能电池10与所述热面层21进行连接;之后，将所述钙钛矿太阳能电池10与所述温差发电片20采用串联的方式进行电连接，得到具有温差发电片的集成器件100。
[0033]本发明第三实施方式提供的具有温差发电片的集成器件的制作方法包括以下步骤:
[0034]第一步，预处理导电基底。具体地，首先，提供一个导电基底11，将所述导电基底11用丙酮和乙醇分别超声清洗15分钟;之后，将所述导电基底11烘干后再用紫外臭氧清洗机进行表面改性。所述导电基底11的方块电阻可达7 Ω/□，光透率大于90%，耐受温度可达500°C。本实施方式中，所述导电基底11包括导电玻璃111及形成在所述导电玻璃111上的导电薄膜112。
[0035]第二步，制备光阳极。采用水热法在所述导电基底11上制备ZnO纳米线，以获得光阳极12。具体地，采用磁控溅射方法在所述导电基底11上沉积一层30nm厚的ZnO种子层;之后，所述种子层在含有浓度为0.03mol/L的Zn(NO3)2.6H20、浓度为0.025mol/L的环六亚甲基四胺(HMTA)以及浓度为0.005mol/L的聚乙烯亚胺(PEI)的反应水溶液中，90 °C下水热生长2?8小时;之后，所述种子层在450°C的空气中退火I?2小时，以得到所述光阳极12。
[0036]第三步，制备钙钛矿光敏层。具体的，配置含有462mg/ml的PbI2的DMF溶液以及含有I Omg/ml的CH3NH31的异丙醇溶液;采用旋涂法将所述DMF溶液涂覆在所述光阳极12的表面以制备PbI2薄膜;烘干后再放入所述异丙醇溶液中浸润2秒;之后将其放入含有CH3NH3I的异丙醇溶液中使其反应15分钟，所述PbI2薄膜由黄色逐渐成为棕黑色;最后，取出并用异丙醇清洗及烘干，制备得到钙钛矿光敏层13。
[0037]第四步，制备碳对电极。具体地，采用尼龙酸二甲酯(DBE)作为有机载体、丙烯酸树脂及乙基纤维素作为粘结剂、石墨粉及炭黑粉作为导电填料通过球磨制备低温碳浆料;之后，采用丝网印刷工艺将所述低温碳浆料直接印刷在所述钙钛矿光敏层13上，以得到碳对电极14，进而完成钙钛矿太阳能电池10的制备。
[0038]第五步，集成器件的组装。具体地，提供一个温差发电片20，将所述钙钛矿太阳能电池10放置在所述温差发电片20的热面层21上，并采用导热硅脂将所述钙钛矿太阳能电池10与所述热面层21进行连接;之后，将所述太阳能电池10与所述温差发电片20采用串联的方式进行电连接，得到具有温差发电片的集成器件100。
[0039]本发明还提供了一种具有温差发电片的集成器件100，所述集成器件100包括钙钛矿太阳能电池10及温差发电片20，所述钙钛矿太阳能电池10与所述温差发电片20通过串联的方式电性连接。所述温差发电片20设置在所述钙钛矿太阳能电池10上。
[0040]所述钙钛矿太阳能电池10包括导电基底11、光阳极12、钙钛矿光敏层13及碳对电极14，所述光阳极12连接所述导电基底11及所述钙钛矿光敏层13，所述钙钛矿光敏层13连接所述光阳极12及所述碳对电极14。本实施方式中，所述导电基底11包括导电玻璃111及形成在所述导电玻璃111上的导电薄膜112，所述光阳极12设置在所述导电薄膜112上。
[0041]所述温差发电片20通过导热硅脂设置在所述碳对电极14上，其包括热面层21、冷面层22及连接所述热面层21及所述冷面层22的半导体层23，所述碳对电极14与所述热面层21相连接。所述碳对电极14与所述半导体层23电性连接。
[0042]本发明提供的具有温差发电片的集成器件，其将钙钛矿太阳能电池与温差发电片集成在一起。所述钙钛矿太阳能电池将太阳光中的可见光部分转化为电能;碳对电极同时作为所述温差发电片的吸光层，其能有效吸收太阳光中其他波长的光并将吸收的光转化为热能传导到所述温差发电片的热面层，所述温差发电片利用材料的赛贝克特性产生电能，扩宽了吸收光谱的范围，提高了太阳光的利用率，降低了成本，结构简单，体积较小，且方便制作。
[0043]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有温差发电片的集成器件，其包括钙钛矿太阳能电池，其特征在于: 所述钙钛矿太阳能电池包括导电基底、设置在所述导电基底上的光阳极、设在所述光阳极上的钙钛矿光敏层及设置在所述钙钛矿光敏层上的碳对电极； 所述集成器件还包括设置在所述碳对电极上的温差发电片，所述温差发电片与所述钙钛矿太阳能电池通过串联的方式电性连接。2.如权利要求1所述的具有温差发电片的集成器件，其特征在于:所述温差发电片包括连接于所述碳对电极的热面层、与所述热面层间隔设置的冷面层及连接所述热面层及所述冷面层的半导体层，所述半导体层与所述碳对电极电性连接。3.如权利要求1所述的具有温差发电片的集成器件，其特征在于:所述碳对电极通过导热硅脂连接于所述热面层。4.一种具有温差发电片的集成器件的制作方法，其包括以下步骤: (1)预处理导电基底； (2)在所述导电基底上形成光阳极； (3)在所述光阳极上形成钙钛矿光敏层； (4)在所述钙钛矿光敏层上形成碳对电极，以得到钙钛矿太阳能电池； (5)提供一个温差发电片，将所述温差导电片连接于所述碳对电极，同时，所述钙钛矿太阳能电池通过串联的方式与所述温差发电片电性连接。5.如权利要求4所述的具有温差发电片的集成器件的制作方法，其特征在于:所述温差发电片的热面层通过导热硅脂连接于所述钙钛矿太阳能电池。
【文档编号】H01L25/16GK106024775SQ201610559181
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】廖广兰, 刘智勇, 史铁林, 谭先华, 孙博, 吴悠妮, 潜世界
【申请人】华中科技大学