光转换层、太阳能电池和用电装置的制作方法

本发明涉及太阳能电池，特别涉及一种光转换层、太阳能电池和用电装置。

背景技术：

1、太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

2、但是，传统光伏器件中太阳能电池对太阳光谱的利用率有限。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种光转换层，旨在改善太阳能电池对太阳光谱的利用率，提升太阳能电池的性能。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种光转换层，所述光转换层包括转换材料，所述转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，所述光转换层设于所述太阳能电池吸光层的入光侧。

3、通过在太阳能电池中引入光转换层，光转换层设于太阳能电池吸光层的入光侧，光转换层包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。

4、可选地，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层设于所述上电极的表面；

5、和/或，所述太阳能电池包括上电极和第一电荷传输层，所述光转换层设于所述上电极与所述第一电荷传输层之间；

6、和/或，所述太阳能电池包括第一电荷传输层和吸光层，所述光转换层设于所述第一电荷传输层与所述吸光层之间。

7、可以理解的是，光转换层可以设置在上电极的表面。光转换层可以设置在上电极与第一电荷传输层之间。光转换层可以设置在第一电荷传输层与吸光层之间。

8、可选地，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层为上电极，所述光转换层包括上电极材料和所述转换材料。

9、可以理解的是，光转换层可以独立地为一层结构，也可以与太阳能电池中的其他层结构复合，例如，光转换层与上电极复合，使得上电极具有光转换层的功能，也即，光转换层为上电极，光转换层包括上电极材料和转换材料。

10、可选地，所述太阳能电池包括第一电荷传输层，所述光转换层为第一电荷传输层，所述光转换层包括电荷传输材料和所述转换材料。

11、将光转换层与第一电荷传输层复合，光转换层为第一电荷传输层，光转换层包括电荷传输材料和转换材料。

12、将上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合，可在不影响电池本征结构性能的同时实现太阳光谱利用率的提高，大幅提高器件性能。

13、也即，相比分别设置上转换层和/或下转换层，以及电荷传输层，一方面多层结构的设置增加了工艺复杂度，需要增加制膜工序，另一方面增加了异质界面，提高了载流子传输路径上的阻力，包括寄生电阻与界面缺陷的影响，进而降低器件光电转换性能。本技术提出的光转换层（上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合），能够避免上述两个问题，在不改变电池原有物理结构的基础上提高太阳光谱的利用率。

14、可选地，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括1%至75%。

15、转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。

16、可以理解的是，光转换层不仅通过其中的转换材料实现提高太阳光谱的利用率，还通过电荷传输材料实现传输电荷的功能，也即，电荷传输材料和转换材料的用量要兼顾，要避免光转换层中电荷传输材料用量过低，以免降低光电转换效率，可以理解的是，光电转化效率，电池器件在光照下工作输出的总功率与入射光功率的比值，若是光转换层中电荷传输材料用量过低，则通过光转换层传递电子或空穴的能力下降，光电转化效率下降。也要避免光转换层中转换材料用量过低，以免太阳光谱的利用率改善不明显，为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括1%至75 %。

17、可选地，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。

18、为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。

19、可选地，所述光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。

20、在材料相同的情况下，光转换层的厚度会影响太阳能电池的能量转换效率。为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。

21、可选地，所述光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。

22、在材料相同的情况下，光转换层的厚度会影响太阳能电池的能量转换效率。为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。

23、可选地，所述光转换层包括电荷传输材料、上转换发光材料和下转换发光材料，所述上转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；

24、所述下转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；

25、所述电荷传输材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。

26、转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，光转换层可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，上转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；下转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；电荷传输材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。

27、可选地，所述转换材料包括上转换发光材料，所述上转换发光材料包括有机化合物或无机化合物中的至少一种。

28、本技术中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如可以是有机化合物和/或无机化合物。

29、可选地，所述有机化合物包括4czipn、硫杂蒽酮、三苯胺中的至少一种；

30、和/或，所述无机化合物包括nayf4、naluf4、nagdf4、naybf4、naygd、naylu、naynd、nagd(wo4)2、lierf、bayf5、baluf5、bagdf5、bayb2f、cas、lila(moo4)2、gd2o3、zryo、yalo3、cawo4以及由yb、er、tm、eu、sm、bi和ho稀土元素中一种或多种掺杂的所述nayf4、所述naluf4、所述nagdf4、所述naybf4、所述naygd、所述naylu、所述naynd、所述nagd(wo4)2、所述lierf、所述bayf5、所述baluf5、所述bagdf5、所述bayb2f、所述cas、所述lila(moo4)2、所述gd2o3、所述zryo、所述yalo3、所述cawo4中的至少一种。

31、本技术中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如，上转换发光材料包括nayf4、naluf4、nagdf4、naybf4、naygd、naylu、naynd、nagd(wo4)2、lierf、bayf5、baluf5、bagdf5、bayb2f、cas、lila(moo4)2、gd2o3、zryo、yalo3、cawo4、4czipn、以及由稀土元素掺杂的nayf4、naluf4、nagdf4、naybf4、naygd、naylu、naynd、nagd(wo4)2、lierf、bayf5、baluf5、bagdf5、bayb2f、cas、lila(moo4)2、gd2o3、zryo、yalo3、cawo4、4czipn、硫杂蒽酮及其衍生物、三苯胺及其衍生物中的至少一种，上述列出的上转换发光材料仅为示例，本技术中的上转换发光材料还可以是包括除上述以外的材料。

32、可选地，所述转换材料包括下转换发光材料，所述下转换发光材料包括荧光材料和/或磷光材料。

33、可选地，所述下转换发光材料包括荧光材料，所述荧光材料包括核黄素、荧光素类化合物、罗丹明类化合物、藻红蛋白、铱配合物、稀土元素配合物、聚芴类化合物、香豆素类化合物、萘酰亚胺类化合物、多并苯类化合物、氟硼二吡咯类化合物、试卤灵类化合物、吡唑啉类化合物、三苯胺类化合物、咔唑类化合物、绿色荧光蛋白、二胺类荧光化合物、钙钛矿发光纳米材料、热活化延迟荧光类化合物中的至少一种；

34、和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质，所述基质包括第ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐中的至少一种；

35、和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质和激活剂，所述激活剂包括重金属。

36、本技术中对下转换发光材料的类型并不做限定，例如，能满足吸收短波段（高能量）的光子并转换成吸光层能够有效吸收的可见光波段即可，上述列出的下转换发光材料仅为示例，本技术中的下转换发光材料还可以是包括除上述以外的材料。

37、可选地，所述电荷传输材料包括电子传输材料或空穴传输材料。

38、可选地，所述电子传输材料包括酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、半导体材料氧化物、钛酸盐、氟化物中的至少一种。

39、可选地，所述酰亚胺类化合物包括邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺、n-溴代琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺或马来酰亚胺中的至少一种；

40、和/或，所述醌类化合物包括苯醌、萘醌、菲醌或蒽醌中的至少一种；

41、和/或，所述富勒烯及其衍生物包括c60、pcbm中的至少一种；

42、和/或，所述金属氧化物中金属元素包括mg、cd、zn、in、pb、w、sb、bi、hg、ti、ag、mn、fe、v、sn、zr、sr、ga和cr中的至少一种；

43、和/或，所述半导体材料氧化物包括氧化硅；

44、和/或，所述钛酸盐包括钛酸锶、钛酸钙中的至少一种；

45、和/或，所述氟化物包括氟化锂、氟化钙中的至少一种。

46、电子传输材料具有传输电子的功能，用来将电子传输到相应的电极，并阻止电子向相反方向扩散。本技术并不对电子传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本技术中以外的材料。

47、例如，电子传输材料包括但不限于酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、氧化硅、钛酸锶、钛酸钙、氟化锂和氟化钙中的至少一种，其中所述金属氧化物中金属元素包括mg、cd、zn、in、pb、w、sb、bi、hg、ti、ag、mn、fe、v、sn、zr、sr、ga和cr中的至少之一。

48、可选地，所述空穴传输材料包括,2',7,7'-四(n,n-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、n-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中所述金属氧化物中金属元素包括ni、mo和cu中的至少一种。

49、空穴传输材料具有传输空穴的功能，用来将空穴传输到相应的电极，并阻止空穴向相反方向扩散。本技术并不对空穴传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本技术中以外的材料。

50、例如，空穴传输材料包括但不限于2,2',7,7'-四(n,n-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、n-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中所述金属氧化物中金属元素包括ni、mo和cu中的至少一种。

51、本技术还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括所述的光转换层。

52、可选地，沿第一方向，所述太阳能电池依次包括上电极、第一电荷传输层、吸光层、第二电荷传输层、下电极；

53、所述第一电荷传输层包括如所述的光转换层，所述第一电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的一种；

54、所述第二电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的另一种。

55、通过在第一电荷传输层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。

56、可选地，所述上电极和/或所述下电极的材料包括有机导电材料和/或无机导电材料。

57、可选地，所述有机导电材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔中的至少一种；

58、和/或，所述无机导电材料包括掺杂氟的sno2透明导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、金属中的至少一种。

59、本技术中上电极、下电极的材料类型具体不作限定，能实现导电功能即可，可以是有机导电材料，例如导电聚合物（聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔等）；可以是无机导电材料，例如透明导电氧化物（fto、ito、azo等）、金属、碳衍生物等。

60、可选地，所述吸光层的材料包括钙钛矿，所述钙钛矿的结构式为abx3，其中, a为无机阳离子和/或有机阳离子，b为无机阳离子和/或有机阳离子，x为无机阴离子和/或有机阴离子。

61、本技术并不对吸光层的材料做限定。优选地，所述吸光层的材料包括钙钛矿，所述钙钛矿的结构式为abx3，其中, a为无机阳离子和/或有机阳离子，b为无机阳离子和/或有机阳离子，x为无机阴离子和/或有机阴离子。

62、钙钛矿材料通常为以abx3结构为主的一大类材料，例如，a位为cs+、ch3nh2+与ch2(nh2)+，b位为pb2+或sn2+，x为卤素离子cl-、br-与i-等，它是由卤化物八面体bx6与a位阳离子在氢键作用下形成的一种立方紧密堆积结构。该结构的有机-无机杂化铅卤钙钛矿具有低成本、可见光内吸收系数高、载流子迁移率高、带隙可调且溶液法易合成等优势。

63、本技术还提供一种用电装置，所述用电装置包括所述的太阳能电池。

64、本技术的光转换层包括转换材料，转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料。在光转换层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。