一种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，包括：硅量子点集中器(SiQD

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于太阳能电池领域，尤其涉及一种基于硅量子点集中器(SiQD
‑
LSC)的四端叠层钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]近年来，溶液型的钙钛矿太阳能电池(PSC)在实现高能量转换效率(PCE)方面取得了巨大的进展，从2009年的3.8％提升到了2021年的25.5％。同时，相较于传统的晶体硅太阳能电池，PSC在降低制造成本上体现出了巨大的潜力。虽然PSC具有高效率和低成本的优点，但是其相对较低的器件寿命成为商业化前的一个关键难题。PSC的不稳定性其中一方面源于紫外线的照射。
[0003]作为封装的附加膜层，发光下转换二维器件通常被用来将太阳辐射中的紫外部分转换为对PSC器件伤害小且更有利于光电转换的可见光。这类下转换器件对于含有氧化钛电子转换层的PSC特别重要，因为在紫外线的照射下氧化钛和钙钛层的界面会产生光催化复合，从而影响电子的传导。一般的，发光下转换材料需要具备高紫外线吸收率和高可见光发光率。例如，铕掺杂的稀土材料薄膜可以镀于PSC的掺氟氧化锡(FTO)玻璃的非导电表面上，选择性的吸收紫外光，同时将PCE提升15％。另一方面，可以在介孔二氧化钛层中加入发光碳量子点和镧系多金属氧化盐，从而提升其稳定性和效率。除了发光下转换器，抗反射膜(ARC)也可以被应用于太阳能电池的封装，通过降低空气侧封装面的有效折射率，降低表面因反射导致的入射光损失。对于没有抗反射膜的传统硅太阳能电池，入射光的损失高达35～36％。因此，包括无机材料，例如SiO2，MgF2和TiO2的抗反射膜被镀于硅基光伏电池的封装玻璃表面。另一方面，通过刻蚀晶硅表面形成光捕获结构也可以有效的提高光线入射率。而对于PSC器件，由于钙钛矿层的性能易受微加工技术(如刻蚀)的影响，因此，抗反射结构的设计思路主要集中于封装层。例如，利用聚二甲硅氧烷(PDMS)材料制作的无序微金字塔结构薄膜被镀于PSC的FTO玻璃的非导电表面，在PSC的电学性质保持稳定的前提下，对光的吸收率提高了1.6倍。
[0004]另一种减轻紫外线影响，同时提高光电效率的方法是引入叠层结构的太阳能电池。通常，叠层结构的上层太阳能电池吸收太阳辐射中的短波长光线，而剩余的长波长光线将被下层的电池吸收。近年来，大量基于钙钛矿的叠层电池器件(主要有钙钛矿/硅，钙钛矿/GIGS薄膜，钙钛矿/钙钛矿三种结构)的研究证实，叠层太阳能电池的总体PCE高于叠层结构中的任意单一器件。然而针对PSC，其他基于带隙调控的可作为上层太阳能电池的叠层光学器件仍少有被开发。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池。
[0006]这种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，包括：硅量子点集中器
(SiQD
‑
LSC)和钙钛矿太阳能电池(PSC)；钙钛矿太阳能电池置于硅量子点集中器下方；硅量子点集中器由纳米多孔抗反射膜、前石英片、PMMA环和后石英片组成；前石英片的上表面均匀附有纳米多孔抗反射膜；其中前石英片、PMMA环和后石英片之间形成十八烯悬浮液层；硅量子点集中器四周侧边缘粘有硅电池片；硅电池片和钙钛矿太阳能电池电连接。
[0007]作为优选，钙钛矿太阳能电池和硅量子点集中器之间设有气隙时，气隙宽度为0.2～2mm；钙钛矿太阳能电池和硅量子点集中器之间未设气隙时，原有气隙位置被填充物质填充。
[0008]作为优选，填充物质为镜油。
[0009]作为优选，钙钛矿太阳能电池由多个子电池串联组成，子电池材质为钙钛矿型的金属卤化物半导体；且钙钛矿太阳能电池由丁基胶密封在两块玻璃之间，封装玻璃厚度为2.2～3.2mm。
[0010]作为优选，硅量子点集中器四周侧边缘通过环氧树脂粘有硅电池片；硅电池片和钙钛矿太阳能电池以并联形式电连接。
[0011]作为优选，纳米多孔抗反射膜材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；十八烯悬浮液层层填充有十八烯的悬浮液；前石英片厚度为0.1～10mm，PMMA环厚度为0.1～10mm，后石英片厚度为0.1～10mm。
[0012]这种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池的十八烯悬浮液层内十八烯悬浮液的制备方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1、在恒定电流条件下，在包含HF和甲醇的电解质混合物中对硅晶片进行电化学蚀刻，重复使用硅晶片，直到硅晶片被电化学蚀刻穿透为止；
[0014]步骤2、电化学蚀刻结束后，立即将硅晶片浸入脱氧纯净1
‑
辛烯中，在白光下进行白光诱导的氢化硅烷化反应；
[0015]步骤3、收集硅晶片表面的光致发光多孔硅层和1
‑
辛烯，并将其转移到研磨罐中进行高能球磨，得到混浊悬浮液；
[0016]步骤4、将步骤3得到的混浊悬浮液离心，收集其中黄色半透明的上清液，通过旋转蒸发器将1
‑
辛烯完全蒸发，得到干燥的1
‑
辛烯钝化的硅量子点纳米颗粒(SiQDNPs)固体粉末。
[0017]作为优选，步骤1中硅晶片为p型晶体硅片；步骤2中脱氧纯净1
‑
辛烯处于充满氮气的室内；步骤3中研磨罐为氧化锆研磨罐；步骤4中黄色半透明的上清液中含有1
‑
辛烯钝化的硅量子点纳米颗粒。
[0018]作为优选，步骤1中恒定电流的大小为0.1mA cm
‑1至10mA cm
‑1；HF的浓度范围为1wt％至49wt％，HF与甲醇的体积比范围为1:10至10:1；电化学蚀刻的时长为1min至10hr；步骤2中氢化硅烷化反应的时长为1hr至100hr；步骤3中研磨罐进行高能球磨的时长为1hr至100hr；步骤4中离心的转速为100rcf至20000rcf，离心的时间为10sec至1hr；步骤4中旋转蒸发器的蒸发时间为1min至1hr，旋转蒸发器的蒸发温度为30℃至100℃。
[0019]这种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池的纳米多孔抗反射膜的制备方法，包括如下步骤：
[0020]步骤1、将PMMA和聚苯乙烯按照设定质量比均匀溶于氯仿中，得到1wt％的溶液；
[0021]步骤2、将步骤1所得溶液旋涂于piranha溶液清洗过的石英片上；
[0022]步骤3、将镀有PMMA/PS涂层的石英片在50℃的真空烘箱中放置10h，在110℃的烘箱中退火10min后，在环己烷中浸泡5min，环己烷溶解了PS组分，只在石英片上留下PMMA纳米薄膜；
[0023]步骤4、用去离子水冲洗10～60sec后，用氮气干燥10～60sec，在石英片上得到纳米多孔抗反射膜。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术提出了一种四端叠层太阳能电池，可以提高器件的效率和紫外稳定性；较于单一的同种PSC器件，SiQD
‑
LSC/PSC叠层太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：硅量子点集中器(10)和钙钛矿太阳能电池(105)；钙钛矿太阳能电池(105)置于硅量子点集中器(10)下方；硅量子点集中器(10)由纳米多孔抗反射膜(101)、前石英片(102)、PMMA环(103)和后石英片(104)组成；前石英片(102)的上表面均匀附有纳米多孔抗反射膜(101)；其中前石英片(102)、PMMA环(103)和后石英片(104)之间形成十八烯悬浮液层(106)；硅量子点集中器(10)四周侧边缘粘有硅电池片(107)；硅电池片(107)和钙钛矿太阳能电池(105)电连接。2.根据权利要求1所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：钙钛矿太阳能电池(105)和硅量子点集中器(10)之间设有气隙时，气隙宽度为0.2～2mm；钙钛矿太阳能电池(105)和硅量子点集中器(10)之间未设气隙时，原有气隙位置被填充物质填充。3.根据权利要求2所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：填充物质为镜油。4.根据权利要求1所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：钙钛矿太阳能电池(105)由多个子电池串联组成，子电池材质为钙钛矿型的金属卤化物半导体；且钙钛矿太阳能电池(105)由丁基胶密封在两块玻璃之间，封装玻璃厚度为2.2～3.2mm。5.根据权利要求1所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：硅量子点集中器(10)四周侧边缘通过环氧树脂粘有硅电池片(107)；硅电池片(107)和钙钛矿太阳能电池(105)以并联形式电连接。6.根据权利要求1所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：纳米多孔抗反射膜(101)材质为聚甲基丙烯酸甲酯；十八烯悬浮液层(106)层填充有十八烯的悬浮液；前石英片(102)厚度为0.1～10mm，PMMA环(103)厚度为0.1～10mm，后石英片(104)厚度为0.1～10mm。7.一种如权利要求1所述基于硅量子点集中器的四端叠层钙钛矿太阳能电池的十八烯悬浮液层内十八烯悬浮液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在恒定电流条件下，在包含HF和甲醇的电解质混合物中对硅晶片进行电化学蚀刻，重复使用硅晶片，直到...

【专利技术属性】
技术研发人员：金胜利，寿春晖，杜长庆，彭浩，贺海晏，黄绵吉，邬荣敏，孙靖凇，任树桢，郭云龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：