一种叠层太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种叠层太阳能电池。该电池由非晶硅薄膜顶电池和钙钛矿中电池和纳米晶硅底电池构成，或者由非晶硅薄膜电池作为顶电池，钙钛矿电池作为底电池的双叠层结构。非晶硅，钙钛矿，纳米晶硅(晶体硅)三种材料的光学带隙非常匹配（1.75eV,1.5eV,1.12eV），可以分段吸收不同波段的光。非晶硅薄膜顶电池和纳米晶硅薄膜底（或者晶体硅，纳米晶硅锗，非晶硅锗）把钙钛矿夹在中间可以保护钙钛矿电池，减少其对大气和水对钙钛矿电池的影响。同时非晶硅顶电池可以吸收紫外光，对钙钛矿子电池起到保护作用。另外，顶层的非晶硅层比钙钛矿电池有更好的紫外和蓝光响应。弥补了钙钛矿中电池的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种叠层太阳能电池
本专利技术涉及一种基于硅薄膜,晶体硅和钙钛矿叠层太阳电池。
技术介绍
钙钛矿相有机金属卤化物通常是一种直接带隙的半导体，带隙宽度约1.1-1.7eV范围可调，在室温下，其具有较强的吸光特性和光致发光特性。基于这种材料的太阳能电池其效率，公开报道的效率可以达到15.6%。但是，钙钛矿相有机金属卤化物易受自然环境的影响，尤其是对水蒸气和氧气非常敏感，钙钛矿材料暴露在空气中，其晶体结构将被破坏，并且被水蒸气溶解从而导致电池的效率下降。同时钙钛矿电池还存在很严重的紫外光诱导衰减问题，单纯的钙钛矿电池受紫外光影响，会很快衰减。非晶硅薄膜的带隙是1.75eV，使得这种材料的吸收主要集中于太阳光谱的蓝光区而对于红光区的吸收较弱，因此单结非晶硅电池难以满足使用需要。纳米晶硅，纳米晶硅锗，单晶硅带隙约为1.12eV,非晶硅锗带隙约为1.4eV，这几种材料都有极好的红光响应能力。因而可以作为叠层太阳能电池的底电池，进而提高太阳能电池的红光响应。将非晶硅薄膜太阳电池，钙钛矿电池，结合构成双叠层电池，或者再加入纳米晶硅（纳米晶硅锗，晶体硅，非晶硅锗）电池，构成一种夹心结构的叠层电池，非晶硅顶电池和纳米晶硅（纳米晶硅锗，晶体硅，非晶硅锗）底电池起到保护钙钛矿电池的作用，避免钙钛矿电池收到空气、水的影响。同时非晶硅子电池可以完全吸收紫外光，可以降低或者消除钙钛矿子电池的紫外诱导衰减效应。
技术实现思路
本专利技术提出一种非晶硅薄膜/钙钛矿/纳米晶硅（非晶硅锗，晶体硅，纳米硅锗）叠层太阳电池，三个子电池的带隙分别为1.75eV、1.5eV、1.12eV,极佳的带隙搭配，可以大幅度扩展太阳能电池的光谱响应范围。顶电池和低电池可以起到阻挡层的作用，使得钙钛矿电池免受空气和水的影响。同时，非晶硅的顶电池可以吸收紫外光，避免了钙钛矿电池受到紫外光诱导衰减的影响。一种叠层太阳能电池，该电池由非晶硅薄膜太阳能顶电池，钙钛矿薄膜太阳能中电池，纳米晶硅薄膜或纳米晶硅锗薄膜或非晶硅锗薄膜太阳能底电池三种子电池组件依次层状叠合构成。在不同子电池之间加入或不加入透明导电的中间层；按从上至下的层叠方式，加入透明导电的中间层电池结构依次各层排列按照不同衬底分为两种（以下的“/”表示层与层间隔）：a.第一衬底/第一背电极/第一N型硅薄膜层（包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜）/第一纳米晶硅I层、纳米晶硅锗I层或非晶硅锗I层/第一P型硅薄膜（包括P型非晶硅薄膜，P型纳米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜，P型纳米晶碳化硅薄膜）/第一一中间层/第一电子传输层/第一钙钛矿吸收层/第一空穴传输层/第一二中间层/第一非晶硅N层/第一非晶硅I层/第一非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层/第一前电极/第一栅线电极；或b.第二玻璃/第二前电极/第二P型硅薄膜层（非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层）/第二非晶硅I层/第二N型硅薄膜层（包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜）/第二一中间层/第二空穴传输层/第二钙钛矿吸收层/第二电子传输层/第二二中间层/第二P型硅薄膜层（非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层）/第二纳米晶硅I层、纳米晶硅锗I层或非晶硅锗I层/第二N型硅薄膜层(包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜)/第二背电极；或者，不加入透明导电的中间层电池结构与上述a或b电池结构区别为无其中所述的中间层。一种叠层太阳能电池，该电池由非晶硅薄膜太阳能顶电池，钙钛矿太阳能中电池，晶体硅或者多晶硅太阳能底电池三种子电池组件依次层状叠合构成。在不同子电池之间加入或不加入透明导电的中间层；按从下至上的层叠方式，加入透明导电的中间层电池结构依次各层排列按照不同衬底分为两种：c.基于N-型硅片的晶体硅底电池(由第三背电极，第三N型硅片，第三P型掺杂层构成)/第三一中间层/第三电子传输层/第三钙钛矿吸收层/第三空穴传输层/第三二中间层/第三N型硅薄膜层（包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜）/第三非晶硅I层/第三P型硅薄膜层（包括非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层）/第三前电极/第三栅线电极；或d.HIT类型的底电池(由第四背电极,第四非晶硅N层,第四非晶硅I层1，第四N型硅片,第四非晶硅I层2，第四非晶硅P层构成/第四一中间层/第四电子传输层/第四钙钛矿吸收层/第四空穴传输层/第四二中间层/第四N型硅薄膜层（包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜）/第四非晶硅I层/第四P型硅薄膜层（包括非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层）第四前电极/第四栅线电极；或者，不加入透明导电的中间层电池结构与上述a或b电池结构区别为无其中所述的中间层。一种叠层太阳能电池，该电池由非晶硅太阳能顶电池和钙钛矿太阳能底电池二种子电池组件依次层状叠合构成双叠层电池。在子电池之间加入或不加入透明导电的中间层；加入透明导电的中间层电池结构依次各层排列按照不同衬底分为两种：按从上至下的层叠方式，e.第五玻璃/第五前电极/第五非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层、或者纳米晶硅P层/第五非晶硅I层/第五非晶硅N层/第五中间层/第五空穴传输层/第五钙钛矿吸收层/第五电子传输层/第五背电极；按从下至上的层叠方式，或f.第六衬底/第六背电极/第六电子传输层/第六钙钛矿吸收层/第六空穴传输层/第六中间层/第六非晶硅N层/第六非晶硅I层/第六非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层/第六前电极/第六栅电极；或者，不加入透明导电的中间层电池结构与上述a或b电池结构区别为无其中所述的中间层。玻璃（b1,e1,）为超薄超白玻璃，厚度在0.1-1毫米之间，透光率在92-100%。前电极（a14，b2,c12,d15,e2,f10）包括但不限于铟锡氧化物半导体透明导电薄膜（ITO）、掺杂氟的氧化锡透明导电薄膜（FTO）、铝掺杂的氧化锌透明导电薄膜（AZO）、聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐透明导电薄膜（PEDOT:PSS）、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、金属纳米线组成的网状结构、纳米厚度金属薄膜中的一种，两种或两种以上材料构成和复合薄膜。非晶硅子电池由p型硅薄膜层（包括P型非晶硅薄膜，P型纳米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜等，厚度范围为10-15nm）、本征非晶硅薄膜吸收层与n型硅薄膜层组成,厚度范围为15-25nm。本征层厚度为250-350nm,所使用的方法为PECVD。纳米晶硅（纳米晶硅锗，非晶硅锗）子电池又P型硅薄膜层（P型非晶硅薄膜，或者P型纳米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜等，厚度为10-15nm），本征非晶硅薄膜吸收层，N型硅薄膜（包括N型非晶硅薄膜，N型纳米晶硅薄膜，厚度范围为15-20nm）层组成，I层厚度为1000-2000μm，说使用的方法为PECVD。中间层为单层或双层结构，厚度为5-200nm；单层透明中间层为石墨烯、氧化石墨烯、PEDOT:PSS、氧化钼、碳纳米管中的一种或两种以上材料组成；双层中间层材料为ITO/石墨烯、ITO/氧化石墨烯、ITO/PEDOT:PSS、ITO/氧化钼、ITO/碳纳米管、AZO/石墨烯、AZO/氧化石墨烯、AZO/PEDOT:PSS、AZO/氧化钼、或A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层太阳能电池，其特征在于：该电池由非晶硅薄膜太阳能顶电池、钙钛矿薄膜太阳能中电池、纳米晶硅薄膜或纳米晶硅锗薄膜或非晶硅锗薄膜太阳能底电池三种子电池组件依次层状叠合构成。

【技术特征摘要】
1.一种叠层太阳能电池，其特征在于：该电池由非晶硅薄膜太阳能顶电池、钙钛矿薄膜太阳能中电池、纳米晶硅薄膜或纳米晶硅锗薄膜或非晶硅锗薄膜太阳能底电池三种子电池组件依次层状叠合构成。2.按照权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于：在不同子电池之间加入或不加入透明导电的中间层；加入透明导电的中间层电池结构依次各层排列按照不同衬底分为两种：a.按从下至上的层叠方式依次为，第一衬底(a1)/第一背电极(a2)/第一纳米晶硅N层(a3)/第一纳米晶硅I层、纳米晶硅锗I层或非晶硅锗I层(a4)/第一纳米晶硅P层(a5)/第一一中间层(a6)/第一电子传输层(a7)/第一钙钛矿吸收层(a8)/第一空穴传输层(a9)/第一二中间层(a10)/第一非晶硅N层(a11)/第一非晶硅I层(a12)/第一非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层(a13)/第一前电极(a14)/第一栅线电极(a15)；或b.按从上至下的层叠方式依次为，第二玻璃(b1)/第二前电极(b2)/第二非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层或者纳米晶硅P层(b3)/第二非晶硅I层(b4)/第二非晶硅N层(b5)/第二一中间层(b6)/第二空穴传输层(b7)/第二钙钛矿吸收层(b8)/第二电子传输层(b9)/第二二中间层(b10)/第二P型硅薄膜层(b11)/第二纳米晶硅I层、纳米晶硅锗I层或非晶硅锗I层(b12)/第二N型硅薄膜层(b13)/第二背电极(b14)；或者，不加入透明导电的中间层电池结构与上述a或b电池结构区别为无其中所述的中间层。3.按照权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于：第一衬底(a1)包括不锈钢箔、铝箔、柔性玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)中的一种。4.按照权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于：第二玻璃(b1)玻璃厚度为1-3mm，为超白玻璃。5.按照权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于：第一前电极(a14),第二前电极(b2)包括FTO,AZO，ITO,BZO中的一种，膜厚范围为：500-1200nm。6.按照权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于：非晶硅锗的厚度为500-1000nm，制备所使用的制备方法为PECVD。7.一种叠层太阳能电池，其特征在于：该电池由非晶硅薄膜太阳能顶电池、钙钛矿太阳能中电池、晶体硅太阳能底电池三种子电池组件依次层状叠合构成。8.按照权利要求7所述的叠层太阳能电池，其特征在于：在不同子电池之间加入或不加入透明导电的中间层；按从下至上的层叠方式，加入透明导电的中间层电池结构依次各层排列按照不同衬底分为两种：c.基于N-型硅片的晶体硅底电池/第三一中间层(c4)/第三电子传输层(c5)/第三钙钛矿吸收层(c6)/第三空穴传输层(c7)/第三二中间层(c8)/第三非晶硅N层(c9)/第三非晶硅I层(c10)/第三非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层、或者纳米晶硅P层(c11)/第三前电极(c12)/第三栅线电极(c13)；或d.HIT类型的底电池/第四一中间层(d7)/第四电子传输层(d8)/第四钙钛矿吸收层(d9)/第四空穴传输层(d10)/第四二中间层(d11)/第四非晶硅N层(d12)/第四非晶硅I层(d13)/第四非晶硅P层、或者非晶碳化硅P层、或者纳米晶硅P层(d14)/第四前电极(d15)/第四栅线电极(d16)；或者，不加入透明导电的中间层电池结构与上述c或d电池结构区别为无其中所述的中间层。9.按照权利要求8所述的叠层太阳能电池，其特征在于：晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，李灿，王书博，秦炜，王辉，张文华，张坚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21