叠层太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池领域，具体公开了一种叠层太阳能电池，其依次包括顶电池单元、中间层、及底电池单元；所述顶电池单元的空穴传输层为非化学计量比的氧化镍；底电池单元为N型双面硅电池。上述叠层太阳能电池，由于顶电池单元采用新的空穴传输层，而底电池单元采用N型双面硅电池，使顶底电池相匹配，进而提高叠层太阳能电池的短路电流，进而使得叠层电池获得更高效率。本发明专利技术还公开了一种叠层太阳能电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱的能量分布较宽，一种半导体材料只能吸收能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池而不能被利用；高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。因此单结太阳能电池的理论转换效率的一般较低。于是出现了叠层太阳能电池，其一般由宽禁带带隙的顶电池单元、中间层和窄带带隙的底电池三部分依次层叠而成。叠层太阳能电池可以让短波长的光被顶电池单元利用，波长较长的光透过顶电池单元被底电池单元利用，这样就有可能最大限度地将光能变成电能，提高太阳能电池的理论转换效率。将成本较低的钙钛矿电池和技术最成熟的硅电池结合制备叠层电池，被认为是一种很有潜力的高效电池新技术。但是目前报道的叠层电池的最高效率仅为21.4％，远低于单结晶硅电池的效率记录(25.6％)。这是主要是由于叠层电池中顶底电池不匹配，导致短路电流较低(仅为13-16mA/cm2)造成的。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的叠层太阳能电池中顶底电池不匹配的问题，提供一种顶底电池匹配的叠层太阳能电池。一种叠层太阳能电池，包括：顶电池单元、底电池单元以及位于所述顶电池单元与所述底电池单元之间的中间层；所述顶电池单元包括电子传输层、位于所述电子传输层上的且含有钙钛矿材料的光敏层、位于所述光敏层上的空穴传输层、以及第一外接电极；所述空穴传输层的材料为非化学计量比的氧化镍；所述底电池单元为N型双面硅电池。上述叠层太阳能电池，由于顶电池单元采用非化学计量比的氧化镍作为空穴传输层材料，而底电池单元采用N型双面硅电池，使顶底电池相匹配，进而提高叠层太阳能电池的短路电流，进而使得叠层电池获得更高效率。在其中一个实施例中，所述空穴传输层通过化学喷涂法形成。在其中一个实施例中，所述空穴传输层的厚度为40～120nm。在其中一个实施例中，所述中间层为透明导电薄膜层。在其中一个实施例中，所述透明导电薄膜层的厚度为100～200nm。在其中一个实施例中，所述底电池单元包括靠近所述中间层的内接电极，所述内接电极为点电极。在其中一个实施例中，所述第一外接电极为金属栅线电极；所述第一外接电极与所述点电极位置相对设置。在其中一个实施例中，所述点电极的高度为80～280nm。本专利技术还提供了一种上述叠层太阳能电池的制备方法。一种叠层太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：提供N型双面硅电池；在所述N型双面硅电池上形成中间层；在所述中间层上形成钙钛矿电池。上述制备方法，工艺简单，易于制备大面积钙钛矿-晶体硅叠层电池。本专利技术还提供了另一种上述叠层太阳能电池的制备方法。提供衬底，所述衬底具有牺牲层；在所述衬底的牺牲层上形成中间层以及钙钛矿电池模块；通过水解将所述中间层及钙钛矿电池模块从所述衬底上剥离，并转移到硅电池模块上；在所述钙钛矿电池模块上形成第一外接电极。上述制备方法，适用于任何类型的硅电池模块，且可兼容于有绒面结构的硅电池模块。附图说明图1为本专利技术一实施例的叠层太阳能电池的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。参见图1，本专利技术一实施例的叠层太阳能电池1000，包括顶电池单元100、底电池单元120以及位于顶电池单元100与底电池单元200之间的中间层300。具体地，顶电池单元100为钙钛矿电池；也就是说，顶电池单元100是利用钙钛矿材料吸收光子并产生电子空穴对。底电池单元200为硅电池；也就是说，底电池单元200是利用硅基材料吸收光子并产生电子空穴对。其中，顶电池单元100包括光敏层110、依次位于光敏层110一侧(图1中的上侧)的空穴传输层(Hole Transport Layer，HTL)120、第一透明导电薄膜层140、第一外接电极150、以及位于光敏层110另一侧(图1中的下侧)电子传输层(Electron Transport Layer，ETL)160。在顶电池单元100中，光敏层110为顶电池单元100的核心层。光敏层110中含有钙钛矿材料，钙钛矿材料在吸收光子之后可以产生电子空穴对。在本实施例中，光敏层110为钙钛矿材料形成的半导体薄膜。当然，可以理解的是，光敏层110还可以是钙钛矿材料填充的介孔结构。本实施例的钙钛矿材料的通式为A Pb[I1-xBrx]3；其中，A选自[(NH2CHNH2)1-a(CH3NH3)a]、或[(NH2CHNH2)1-bCsb]；具体地，钙钛矿材料选自[(NH2CHNH2)1-a(CH3NH3)a]Pb[I1-xBrx]3、或[(CH3NH3)1-bCsb]Pb[I1-xBrx]3；其中，0.3≤x≤0.5，0.3≤a≤0.5，0.1≤b≤0.5。这样钙钛矿材料的禁带宽度容易控制在1.7～1.8eV范围，并且对光照稳定，不易发生晶相转变，且热稳定性好。本专利技术的钙钛矿材料的禁带宽度优选为1.7～1.8eV。这样可使作为顶电池单元100的钙钛矿电池中光敏层110的禁带宽度与作为底电池单元200的硅电池的硅的禁带宽度相匹配，进而使顶电池单元100与底电池单元200的电流匹配，从而进一步提高叠层太阳能电池1000的电流效率。当然，可以理解的是，本专利技术的钙钛矿材料并不局限于上述材料，还可以是CH3NH3PbI3等。在顶电池单元100中，空穴传输层120的主要作用是，将光敏层110产生空穴分离导出。在专利技术中，空穴传输层120为非化学计量比的氧化镍。也就是说，空穴传输层120的材料选用非化学计量比的氧化镍NiOx。NiOx的功函数大致在5eV左右，这样可以与光敏层110形成良好的能带匹配；同时，NiOx的禁带宽度大致在3eV左右，其禁带宽度较大，减少了空穴传输层120对光的吸收，从而有利于提高叠层太阳电池的短路电流。优选地，非化学计量比的氧化镍层的厚度为40～120nm。这样可以保证空穴的有效分离，同时进一步减少空穴传输层对光的吸收。优选地，非化学计量比的氧化镍层通过化学喷涂法或溅射法形成。在顶电池单元100中，第一透明导电层140的主要作用是收集传输载流子，在本实施例中，第一透明导电薄膜层140为ITO，当然，可以理解的是，第一透明导电薄膜层还可以是FTO、ZTO、AZO、IWO等。在本实施例中，第一透明导电薄膜层140通过物理气相沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层太阳能电池，其特征在于，包括：顶电池单元、底电池单元以及位于所述顶电池单元与所述底电池单元之间的中间层；所述顶电池单元包括电子传输层、位于所述电子传输层上的且含有钙钛矿材料的光敏层、位于所述光敏层上的空穴传输层、以及第一外接电极；所述空穴传输层的材料为非化学计量比的氧化镍；所述底电池单元为N型双面硅电池。

【技术特征摘要】
1.一种叠层太阳能电池，其特征在于，包括：顶电池单元、底电池单元以及位于所述顶电池单元与所述底电池单元之间的中间层；所述顶电池单元包括电子传输层、位于所述电子传输层上的且含有钙钛矿材料的光敏层、位于所述光敏层上的空穴传输层、以及第一外接电极；所述空穴传输层的材料为非化学计量比的氧化镍；所述底电池单元为N型双面硅电池。2.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层通过化学喷涂法形成。3.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为40～120nm。4.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述中间层为透明导电薄膜层。5.根据权利要求4所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述透明导电薄膜层的厚度为100～200nm。6.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎飞，张闻斌，王琪，
申请(专利权)人：苏州协鑫集成科技工业应用研究院有限公司，协鑫集成科技苏州有限公司，协鑫集成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32