一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术提出了一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，包括底电池、图形化隧穿层以及顶电池，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化隧穿层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性，减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。光电转换效率更优。光电转换效率更优。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制备方法


[0001]本专利技术主要涉及太阳能电池
，具体涉及一种图形化隧穿层的晶硅钙钛矿叠层太阳能电池及制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能作为被重视的新型清洁能源之一，具有资源量大、成本低廉的优势。利用光伏电池将太阳能转化为电能，是目前最有效利用太阳能的方式之一。其中，单晶硅、多晶硅等太阳能电池已有比较成熟的产业化技术。而近年来，钙钛矿太阳能电池受到科学界和工业界的广泛关注，该电池具有带隙可调节、激子束缚力小、光电转换效率高等优势。
[0003]目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池常采用全覆盖的透明导电氧化物薄膜作为中间隧穿层。该层的厚度常为10~100nm左右，其对于波长300~1200nm的光透过率通常在90%以下，这造成了器件在吸光方面的损失。从另一方面讲，高效的晶硅钙钛矿叠层太阳能电池要求其中间隧穿层有着较好的纵向导通性而非横向导通性。全覆盖的中间隧穿层能够横向导通电子和空穴，这一特性会造成一定的非复合损失，从而降低器件的效率。
[0004]CN216958063U公开了一种叠层太阳电池，为了提高电池的光吸收效率，该专利在顶层钙钛矿电池上采用激光开设透光孔，从而达到全光谱的透过，然而该方法直接在顶电池上开设盲孔会破坏钙钛矿电池各层的结构，影响整体的器件效率，该透光孔在应用过程中也同样存在清洗困难的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有晶硅钙钛矿叠层太阳能电池中光电转换效率以及稳定性的问题，提出了一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制作方法，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化隧穿层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0006]一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，包括依次层叠的底电池、图形化隧穿层及顶电池；所述图形化隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%~80%。
[0007]具体地，所述图形化隧穿层为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种组成，厚度为10~100nm。
[0008]所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、N型基底掺杂层，所述N型基底掺杂层与所述图形化隧穿层接触。
[0009]所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层，所述空穴传输层与所述图形化隧穿层接触。
[0010]具体地，所述空穴传输层填充所述图形化隧穿层中的空隙并与所述N型基底掺杂层接触。
[0011]具体地，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种；
[0012]具体地，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种；
[0013]具体地，所述空穴传输层为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](PTAA)、聚
‑
3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiO
x
)、氧化钼(MoO
x
)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的至少一种；
[0014]具体地，所述钙钛矿吸收层为ABX3结构，A为为有机阳离子，包括CH3NH
3 +
(MA
+ )、NH2CH＝NH
2+ (FA
+
)、CH3CH2NH
3+
或Cs
+
中的至少一种；
[0015]B为是金属阳离子，包括Pb
2+
、Sn
2+
中的至少一种；
[0016]C为是卤素阴离子，包括F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的至少一种；
[0017]所述钝化层为丙二胺碘、丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N
‑
二甲基
‑
1,3
‑
丙二胺盐酸盐 (DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF) 中的至少一种；
[0018]优选的，所述钝化层为丙二胺碘或氟化镁的至少一种组成，厚度为4nm；
[0019]所述电子传输层为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、[6 ,6]‑
苯基C
61
丁酸甲酯(PC
61
BM)、碳60(C
60
)，2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
二苯基
‑
1,10
‑
菲啰啉(BCP)中的至少一种；
[0020]所述的缓冲层为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2) 中的至少一种；
[0021]所述减反射层为氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氧化硅(SiO2)中的至少一种；
[0022]所述空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层的厚度为1
‑
600 nm。
[0023]本专利技术提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，采用图形化的透明金属导电氧化物薄膜作为晶硅钙钛矿叠层太阳能电池的隧穿层，该隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，增加了隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度。另外，相比于全覆盖的隧穿层，本技术方案采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0024]本专利技术还提供一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一：提供一硅衬底，在硅衬底的一面依次制备基底钝化层和P型基底掺杂层，另一面依次制备基底表面钝化层和N型基底掺杂层；
[0026]步骤二：在所述P型基底掺杂层上依次制备第一透明电极层、第一金属电极层；
[0027]所述第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、表面钝化层和N型基底掺杂层依次层叠组成底电池；
[0028]步骤三：在所述N型基底掺杂层的表面制备图形化隧穿层，所述图形化隧穿层采用光刻法辅助的磁控溅射法制备；
[0029]具体地，在上述步骤所述底电池的所述N型基底掺杂层的表面涂敷光刻胶，提供一
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的底电池、图形化隧穿层及顶电池；所述图形化隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%~80%。2.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化隧穿层为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种组成，厚度为10~100nm。3.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，每个所述柱体的直径为100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%。4.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化隧穿层采用氧化铟锡(ITO)组成，厚度为40nm。5.根据权利要求1~4任一项所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、N型基底掺杂层，所述N型基底掺杂层与所述图形化隧穿层接触；所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层，所述空穴传输层与所述图形化隧穿层接触。6.根据权利要求5所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层填充所述图形化隧穿层中的空隙并与所述N型基底掺杂层接触。7.根据权利要求5所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层的厚度为1
‑
600 nm。8.一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：步骤一：提供一硅衬底，在硅衬底的一面依次制备基底钝化层和P型基底掺杂层，另一面依次制备基底表面钝化层和N型基底掺杂层；步骤二：在所述P型基底掺杂层上依次制备第一透明电极层、第一金属电极层；步骤三...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳黑晶光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：