一种太阳能电池钝化结构与制备方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能电池钝化结构，其至少包括钙钛矿层，在钙钛矿层的单侧或双侧设置有局部钝化层，局部钝化层与电子传输层或空穴传输层接触，所述局部钝化层为不连续的钝化层。本发明专利技术技术方案解决了钙钛矿太阳单结和叠层电池钝化传输结构开路电压与填充因子难以平衡的问题，以及现有局部钝化结构制备成本高、难以扩大化的问题，实现大面积低成本的高效钙钛矿太阳能单结电池和叠层电池。效钙钛矿太阳能单结电池和叠层电池。效钙钛矿太阳能单结电池和叠层电池。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池钝化结构与制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池钝化结构与制备方法。

技术介绍

[0002]目前金属卤化物钙钛矿太阳能电池已经实现25.7％以上的转化效率，而进一步基于不同带隙钙钛矿构建的 叠层太阳电池(例如，钙钛矿
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钙钛矿叠层、钙钛矿
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晶硅叠层、钙钛矿
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铜铟镓硒叠层电池等)的效率可以超过单 结的极限效率，目前可以实现接近30％转换效率的钙钛矿
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晶硅叠层太阳电池。不论是钙钛矿单结电池还是上 述基于钙钛矿的叠层太阳电池，太阳能电池器件通常面临吸收层表面缺陷浓度高的问题，这就需要采用钝化策 略来降低非辐射复合损失；然而钝化层通常是绝缘的，这给有效的电荷传输带来了新的挑战。因此通常情况下 都把钝化层做得超薄，利用隧穿原理进行电荷转移；同时，超薄钝化层也给制备过程带来了更多挑战：旋涂和 热蒸发是制备薄膜的常用方法，但这会给厚度控制带来一定的不确定性。其中的每一层钙钛矿太阳电池和子结 必须要有合适的钝化结构(单层或多层结构)。这种钝化结构需要同时具备优异的钝化特性和传输特性，但目 前这两种特性很难同时兼得。具体而言，高效的钝化层利于提高开路电压，但是一般导电性较差，电荷传输会 受到影响；高效的电荷传输层有利于提高填充因子，但一般界面缺陷较多，开路电压会受到影响。目前大多数 高效的p
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i
‑
n器件仍然使用单面钝化策略：通过铵盐形成二维钙钛矿界面，通过硫化物和LiF形成Pb
‑
S键等。 这些钝化策略减少了钙钛矿与电子传输层的非辐射复合(C
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、PCBM等)，从而增加开路电压。为了实现钝 化结构中两种优点的同时获得，可以采用局部钝化的概念，而目前已报告的钙钛矿电池的局部钝化技术基于光 刻技术，虽然具有提升小面积器件性能的可行性，但是存在材料和制备成本高、工艺难以大面积扩大化的缺点。
[0003]因此亟需一种能解决现有钙钛矿太阳能电池难以同时提高开路电压和填充因子问题以及成本问题的太阳 能电池钝化结构。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术面向钙钛矿单结太阳电池和基于钙钛矿的叠层太阳电池开发了一种 物理沉积与化学沉积制备的局部钝化结构，并提供了其制备方法，该结构及方法兼具低成本、可扩大化的优点， 可实现开路电压与填充因子的同时提高，能够实现大面积低成本的制备高效钙钛矿太阳能单结电池和叠层电池。
[0005]为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种太阳能电池钝化结构，其至少包括钙 钛矿层，在钙钛矿层的单侧或双侧设置有局部钝化层，局部钝化层与电子传输层或空穴传输层接触，所述局部 钝化层为不连续的钝化层。
[0006]进一步地，所述局部钝化层为有机材料或无机材料；
[0007]所述无机材料为LiF、MgF2、NaF、BaF2、CaF2、KF、RbF、CsF中的一种或任几种；
[0008]所述有机材料为哌嗪一氢碘酸盐、苯乙胺氢碘酸盐、辛胺氢碘酸盐中的一种或任几种；
[0009]进一步地，所述局部钝化层通过热蒸发，电子束蒸发，激光脉冲沉积，磁控溅射，原子层沉积，化学气相 法沉积或化学浴沉积制备。
[0010]进一步地，所述电子传输层为富勒烯或氧化锡。
[0011]进一步地，所述空穴传输层为酞菁铜、酞菁或氧化镍。
[0012]本专利技术还提供了如上所述的太阳能电池钝化结构的制备方法，具体步骤如下：
[0013]1)在干净的ITO衬底上制备空穴传输层或电子传输层；
[0014]2)在步骤1)得到的层上使用掩膜片制备局部钝化层；
[0015]3)在步骤2)得到的层上沉积钙钛矿层；
[0016]4)在步骤3)得到的层上制备电子传输层或空穴传输层；
[0017]5)在步骤4)得到的层上制备空穴阻挡层；
[0018]6)在步骤5)得到的空穴阻挡层上制备背电极。
[0019]本专利技术还提供了另一种如上所述的太阳能电池钝化结构的制备方法，具体步骤如下：
[0020]1)在干净的ITO衬底上制备空穴传输层或电子传输层；
[0021]2)在步骤1)得到的层上使用掩膜片制备局部钝化层；
[0022]3)在步骤2)得到的层上沉积钙钛矿层；
[0023]4)在步骤3)得到的钙钛矿层上使用掩膜片制备局部钝化层；
[0024]5)在步骤4)得到的层上制备电子传输层或空穴传输层；
[0025]6)在步骤5)得到的层上制备空穴阻挡层；
[0026]7)在步骤6)得到的空穴阻挡层上制备背电极。
[0027]进一步地，所述掩膜片为具有阵列开孔的掩膜片，开孔直径为50nm
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5um，孔径间距为20nm
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3um；开口 面积比，也即圆形孔径面积除以总面积，范围为40％
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80％。
[0028]进一步地，所述掩膜片开孔形状为圆形，矩形或菱形，厚度为50um,材质为不锈钢。
[0029]本专利技术还提供了一种太阳能电池，包括如上所述的太阳能电池钝化结构或如上所述的制备方法制备得到的 结构。
[0030]由于采用了以上技术，本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0031]1)本专利技术通过设置双面局部钝化层的策略，为平衡钝化和电荷传输的问题提供了合理的解决方案；此外， 基于这种策略，通过将开路电压从1.09V提高到1.16V，将FF从79％提高到84％，在倒置钙钛矿太阳能 电池中实现了24.9％的功率转换效率；同时，该策略提高了钙钛矿的稳定性，能够实现在太阳能最大功率点 跟踪1000小时下保持初始90％的效率；
[0032]2)本专利技术采用的物理沉积或者化学沉积中利用掩膜片来实现局部接触钝化和传输的沉积方式，一方面实 现了钝化层与钙钛矿的大部分接触，从而降低界面辐射复合；且同时仍有钙钛矿能与电子传输层或空穴传输层 进行充分的电荷传输。本专利技术不仅可以解决传统钝化层会降低填充因子的问题，有效地在兼顾开路电压的情况 下提高填充因子，从而提高钙钛矿的光电转化效率，相对于现有技术具有成本更低且更容易扩大化生产的优势。
附图说明
[0033]图1为具有本专利技术的太阳能电池钝化结构的p
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i
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n结构的钙钛矿太阳能电池示意图；
[0034]图2为具有本专利技术的太阳能电池钝化结构的n
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i
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p结构的钙钛矿太阳能电池示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例1中使用的掩膜片的光学显微镜图像；
[0036]图4为本专利技术实施例1，4和对比例1中p
‑
i
‑
n结构单结太阳能电池的电流密度
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电压曲线；
[0037]图5为具有本专利技术的太阳能电池钝化结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池钝化结构，其至少包括钙钛矿层，其特征在于，在钙钛矿层的单侧或双侧设置有局部钝化层，局部钝化层与电子传输层或空穴传输层接触，所述局部钝化层为不连续的钝化层。2.如权利要求1所述的太阳能电池钝化结构，其特征在于，所述局部钝化层为有机材料或无机材料；所述无机材料为LiF、MgF2、NaF、BaF2、CaF2、KF、RbF、CsF中的一种或任几种；所述有机材料为哌嗪一氢碘酸盐、苯乙胺氢碘酸盐、辛胺氢碘酸盐中的一种或任几种；优选地，所述局部钝化层为LiF。3.如权利要求1所述的太阳能电池钝化结构，其特征在于，所述局部钝化层通过热蒸发，电子束蒸发，激光脉冲沉积，磁控溅射，原子层沉积，化学气相法沉积或化学浴沉积制备。4.如权利要求1所述的太阳能电池钝化结构，其特征在于，所述电子传输层为富勒烯或氧化锡。5.如权利要求1所述的太阳能电池钝化结构，其特征在于，所述空穴传输层为酞菁铜、酞菁或氧化镍。6.如权利要求1
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5任一项所述的太阳能电池钝化结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)在干净的ITO衬底上制备空穴传输层或电子传输层；2)在步骤1)得到的层上使用掩膜片制备局部钝化层；3)在步骤2)得到的层上沉积钙钛矿层；4)在步骤3)得到的层上制备电子传输层或空穴传输层；5)在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐集贤，毛凯天，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：