一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构及其应用。该隧穿结结构包括隧穿复合层，在所述隧穿复合层一侧设有致密层、另一侧设有传输层，其中，隧穿复合层采用金属材料制成。本发明专利技术的隧穿结结构可有效减小叠层电池的开路电压损耗，提升钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池的填充因子，提高钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的光电转换效率，且制备工艺简单，成本更加低廉，适用于大面积工业规模生产。

A tunnel junction structure of perovskite / perovskite stacked solar cells

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构及其应用。
技术介绍
与单结太阳能电池相比，叠层太阳能电池是实现更高光电转换效率的有效的、可行性最高的途径。从美国可再生能源实验室（NREL）提供的各类材料及结构的太阳能电池最高光电转换效率表中可知，目前最高的多结电池效率超过38%，而最佳的单结器件约为29%。然而实现这类高效率电池的材料是三-五（III-V）族半导体，为了得到高质量的III-V族半导体材料通常需要高温和低生长速率，因此III-V族叠层电池成本非常昂贵，无法实现大规模的地面发电应用。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其低成本高效率的优势在光伏领域受到全世界的广泛关注，自2009年报道至今单结电池的认证效率已经达到25%以上。然而实现高效率单结钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料，其带隙在1.5eV左右，对太阳光谱的吸收有限。为了让钙钛矿电池获得更高的光电转换效率，基于钙钛矿的两端叠层电池是突破单结效率极限的最有效途径。在钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中，通过使用宽带隙的钙钛矿作为顶电池吸收短波长部分的太阳光，使用窄带隙的钙钛矿作为底电池吸收长波长部分的太阳光，可提高太阳光谱的利用率，降低单结电池中载流子的热弛豫损失，从而提高光电转换效率。钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的制备能耗低，而且采用溶液法，制备方法简单。可是在目前钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中，采用溶液法制备第二层钙钛矿的时候容易破坏第一层已经制备好的钙钛矿，因此中间需要一层致密的溶剂阻挡层，同时需要达到叠层串联互联的效果。目前已报道的多数钙钛矿/钙钛矿两端叠层电池采用的隧穿结结构中，致密层和隧穿复合层是采用溅射制备的掺铟氧化锡（ITO），其厚度一般需100nm左右才能起到溶剂阻挡作用。但是随着ITO厚度的增加，除了加大自身的寄生吸收以外，也增加了制备成本。而且ITO导电性较好，在电池组件的制备中很容易造成相邻电池的短路。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有溶液法制备钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中的溶剂正交问题，减少叠层电池在隧穿结中的开路电压和短路电流损失，提出一种致密层加金属层的隧穿结结构，并且具有载流子隧穿复合的功能，实现钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池制备过程的简化，能够应用于制备大面积高效的钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术手段：一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构，包括隧穿复合层，在所述隧穿复合层一侧设有致密层、另一侧设有传输层。进一步地，所述隧穿复合层采用金属材料制成，所述金属材料包括但不仅限于金、钯、银、钛、铬、镍、铝或铜。进一步地，所述隧穿复合层为连续的金属薄膜、金属纳米颗粒薄膜或非致密的金属岛状结构层。进一步地，所述致密层和传输层均采用n型或p型半导体材料制成。进一步地，所述致密层采用n型半导体材料制成，所述传输层采用p型半导体材料制成。进一步地，所述致密层采用p型半导体材料制成，所述传输层采用n型半导体材料制成。一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池，包括上述隧穿结结构。进一步地，所述叠层太阳能电池为p-i-n结构，由下至上依次包括透明导电衬底、p型空穴传输层、宽带隙钙钛矿、n型电子传输层、n型致密层、隧穿复合层、p型空穴传输层、窄带隙钙钛矿、n型电子传输层和背电极。进一步地，所述叠层太阳能电池为n-i-p结构，由下至上依次包括透明导电衬底、n型电子传输层、宽带隙钙钛矿、p型空穴传输层、p型致密层、隧穿复合层、n型电子传输层、窄带隙钙钛矿、p型空穴传输层和背电极。本专利技术采用致密的n型或p型半导体材料作为溶剂的致密阻挡层，一薄层的金属层作为两端叠层电池的隧穿复合层，再加上与致密阻挡层对应的p型或n型传输层，构成一个简单的隧穿结结构。一方面，致密阻挡层的加入可以解决制备第二层钙钛矿的溶剂正交问题；另一方面，由于金属层导电性非常好，可以起到电子空穴的隧穿复合作用，降低了隧穿结处的开路电压损失，提高电池的填充因子，从而提升叠层太阳能电池的转换效率。本专利技术不仅可以解决传统较厚ITO的自身寄生吸收和有关器件设计的问题，有效减小叠层电池的开路电压损耗，提升钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的填充因子，提高钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的光电转换效率，同时将钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池的制备过程简化，成本更加低廉，适用于大面积工业规模生产。附图说明图1为本专利技术中钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池的器件结构示意图，a为p-i-n结构叠层太阳能电池，b为n-i-p结构叠层太阳能电池。图2为实施例1中p-i-n结构叠层太阳能电池的扫描电镜图。图3为实施例1中p-i-n结构叠层太阳能电池的电流密度-电压曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，本专利技术设计了一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构，是由致密层、金属层和传输层组成，其中致密层采用n型或p型半导体材料制成、传输层采用对应的p型或n型的半导体材料制成，且n型和p型半导体材料均分别具有电子和空穴传输能力。在本专利技术的隧穿结结构中，致密层起到了保护顶电池不会被后续底电池制备过程所破坏，同时具备电子（空穴）传输能力；金属材料层是叠层电池的隧穿复合层，起到载流子隧穿复合的作用。通过致密层的加入，可以有效解决制备第二层钙钛矿的溶剂正交问题，同时由于金属层采用导电性良好的金属材料制成，可以起到电子空穴的隧穿复合作用，降低了隧穿结处的开路电压损失，从而提升叠层太阳能电池的转换效率。在本专利技术中，金属层可以采用金、钯、银、钛、铬、镍、铝、铜等金属材料制备，但不限于上述所列的金属材料。金属层可以是连续的金属薄膜，也可以是金属纳米颗粒薄膜或非致密的金属岛状结构层。金属层可以选用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂、刮涂等沉积方法制得。致密层可通过物理沉积方法或化学沉积方法制备。物理沉积方法包括但不仅限于真空蒸发法、溅射、离子束沉积、脉冲激光沉积等；化学沉积方法包括但不仅限于化学气相沉积、原子层沉积、溶胶-凝胶旋涂法等。将本专利技术的隧穿结结构应用到钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中，可设计得到两种结构的叠层电池。如图1a所示，为p-i-n结构，由下至上依次包括透明导电衬底、p型空穴传输层、宽带隙钙钛矿、n型电子传输层、n型致密层、隧穿复合层、p型空穴传输层、窄带隙钙钛矿、n型电子传输层和背电极；如图1b所示，n-i-p结构，由下至上依次包括透明导电衬底、n型电子传输层、宽带隙钙钛矿、p型空穴传输层、p型致密层、隧穿复合层、n型电子传输层、窄带隙钙钛矿、p型空穴传输层和背电极。具体地，在p-i-n结构中：n型致密层可选用氧化钛（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构，其特征在于：包括隧穿复合层，在所述隧穿复合层一侧设有致密层、另一侧设有传输层。/n

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构，其特征在于：包括隧穿复合层，在所述隧穿复合层一侧设有致密层、另一侧设有传输层。


2.根据权利要求1所述的隧穿结结构，其特征在于：所述隧穿复合层采用金属材料制成，所述金属材料包括但不仅限于金、钯、银、钛、铬、镍、铝或铜。


3.根据权利要求2所述的隧穿结结构，其特征在于：所述隧穿复合层为连续的金属薄膜、金属纳米颗粒薄膜或非致密的金属岛状结构层。


4.根据权利要求1所述的隧穿结结构，其特征在于：所述致密层和传输层均采用n型或p型半导体材料制成。


5.根据权利要求4所述的隧穿结结构，其特征在于：所述致密层采用n型半导体材料制成，所述传输层采用p型半导体材料制成。


6.根据权利要求4所述的隧穿结结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭海仁，肖科，韩巧雷，高源，林仁兴，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32