钙钛矿太阳能电池和包括其的串联太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池和包括其的串联太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括：衬底；透明电极；空穴传输层；钙钛矿光吸收层；电子传输层；以及金属电极，其中所述电子传输层是渐变薄膜，其中构成所述电子传输层的元素的化学结合状态从其下部向其上部逐渐变化

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钙钛矿太阳能电池和包括其的串联太阳能电池


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池和包括所述钙钛矿太阳能电池的串联太阳能电池，更具体地，涉及包括通过原子层沉积形成的改进的电极传输层的钙钛矿太阳能电池以及包括所述钙钛矿太阳电池的串联太阳能电池
。

技术介绍

[0002]太阳能电池是指被配置为将太阳能转换为电的组件，并且已经作为下一代能源被研究了很长一段时间
。
各种报道称，使用基于各种材料
(
包括硅
、CIGS、
钙钛矿等
)
的太阳能电池可以实现高光电效率
。
目前，大多数市售太阳能电池是硅太阳能电池，其占太阳能电池市场的
90
％或更高
。
[0003]硅太阳能电池包括结晶硅太阳能电池和非结晶硅太阳电池
。
尽管存在制造成本高的缺点，但结晶硅太阳能电池由于其高能量效率而被广泛商业化
。
相反，非结晶硅太阳能电池由于其加工技术难
、
设备依赖性高并且最重要的是效率低，目前还未开发
。
如果将硅太阳能电池归类为第一代太阳能电池，那么钙钛矿太阳能电池是具有代表性的第三代太阳能电池，因为有前景的环保性未来，全世界都在对钙钛矿太阳能电池积极研究
。
[0004]使用具有通过有机材料和无机材料的组合形成的钙钛矿晶体结构的材料来制造钙钛矿太阳能电池
。
钙钛矿具有非常特殊的结构，表现出超导性和非导体
‑<br/>半导体
‑
导体特性
。
[0005]由于这种有机
‑
无机复合钙钛矿太阳能电池可以以低成本制造，并且通过溶液法形成为薄膜，因此有机
‑
无机复合钙钛矿太阳能电池作为下一代薄膜太阳能电池正受到关注
。
参考图1，典型的钙钛矿太阳能电池具有玻璃衬底
、
透明电极
(
阳极
)、
空穴传输层
(HTL)、
光吸收层
(
钙钛矿
)、
电子传输层
(ETL)
和金属电极
(
阴极
)
顺序堆叠的结构
。
这里，透明电极包括具有低功函数的氧化铟锡
(ITO)
或氟掺杂的氧化锡
(FTO)
，并且金属电极包括具有高功函数的
Au
或
Ag。
[0006]在钙钛矿太阳能电池研究开始以来的十年中，钙钛矿太阳能电池的效率迅速提高，伴随其高光电效率的报道
。
然而，这种单结太阳能电池只能吸收有限波长区域内的太阳能，并且会遭受低于带隙的太阳能的劣化损失，从而难以实现高于
S
‑
Q
极限的高效率
。
[0007]为了弥补单结钙钛矿太阳能电池的这些缺点，继续研究多结串联太阳能电池
。
在多结串联太阳能电池中，具有宽带隙的上部电池吸收低波长带中的太阳能，而具有窄带隙的下部电池吸收高波长带中的太阳能，从而抑制能量损失，同时以
30
％或更高的高效率收集宽波长范围的太阳能，这是单结无法实现的
。
[0008]特别地，已经进行了各种研究，以开发具有窄带隙和宽带隙的钙钛矿硅串联太阳能电池，从而有利于收集太阳能
。
[0009]钙钛矿太阳能电池或钙钛矿硅太阳能电池的一个问题涉及通常提供给其的电子传输层
。
形成电子传输层的薄膜，例如
SnO
结合薄膜，由于
p
型半导体特性和对电子迁移的高电阻，具有太阳能电池填充因子
(FF)
低和能量转换效率低的问题
。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本专利技术旨在解决现有技术中的这些问题，并且本专利技术的一个方面是提供一种钙钛矿太阳能电池和包括其的串联太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括改进的电子传输层以改善太阳能电池的填充因子
(FF)
和能量转换效率
。
[0012]技术方案
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：透明电极
、
空穴传输层
、
钙钛矿光吸收层
、
电子传输层以及金属电极，其中电子传输层是渐变薄膜，其中构成电子传输层的元素之间的化学结合状态从渐变薄膜的下部到渐变薄膜的上部逐渐变化
。
[0014]透明电极可以放置在衬底上，空穴传输层可以放置在透明电极上，钙钛矿光吸收层可以放置在空穴传输层上，电子传输层可以放在钙钛矿光吸收层上，金属电极可以放在电子传输层上
。
[0015]渐变薄膜可以由
SnO
x
、TiO
x
、ZnO
x
、WO
x
、NbO
x
、InO
x
和
CeO
x
中的任意一种形成，并且与构成渐变薄膜的
Sn、Ti、Zn、W、Nb、In
和
Ce
中的每一种化学结合的氧原子的数量从下部薄膜到上部薄膜逐渐变化
。
[0016]渐变薄膜可以是从由
SnO
形成的下部薄膜逐渐变为由
SnO2形成的上部薄膜的薄膜
。
[0017]钙钛矿太阳能电池可以进一步包括：介于电子传输层和钙钛矿光吸收层之间并且由
PCBM
或
C60
组成的基于富勒烯的电子输送层
。
[0018]根据本专利技术的另一方面，提供了一种包括硅太阳能电池和设置在硅太阳能电池上的钙钛矿太阳能电池的串联太阳能电池，其中钙钛矿太阳能电池包括第一透明电极
、
空穴传输层
、
钙钛矿光吸收层
、
电子传输层
、
第二透明电极以及金属电极；并且其中电子传输层是渐变薄膜，其中构成电子传输层的元素之间的化学结合状态从渐变薄膜的下部到渐变薄膜的上部逐渐变化
。
[0019]第一透明电极可以被放置在硅太阳能电池上，空穴传输层可以被放置在第一透明电极上，钙钛矿光吸收层可以被放置在空穴传输层上，电子传输层可以被放置在钙钛矿光吸光层上，第二透明电极可以被放置在电子传输层上，并且金属电极可以被放置在第二透明电极上
。
[0020]渐变薄膜可以由
SnO
x
、TiO
x
、ZnO
x
、WO
x
、NbO
x
、InO
x
和
CeO
x
中的任意一种形成，并且与构成渐变薄膜的
Sn、Ti、Zn、W、Nb、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
钙钛矿太阳能电池，包括：透明电极
、
空穴传输层
、
钙钛矿光吸收层
、
电子传输层以及金属电极，其中所述电子传输层是渐变薄膜，其中构成所述电子传输层的元素之间的化学结合状态从所述渐变薄膜的下部到所述渐变薄膜的上部逐渐变化
。2.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中所述空穴传输层被放置在所述透明电极上，所述钙钛矿光吸收层被放置在所述空穴传输层上，所述电子传输层被放置在所述钙钛矿光吸光层上，并且所述金属电极被放置在所述电子传输层上
。3.
根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其中所述渐变薄膜由
SnO
x
、TiO
x
、ZnO
x
、WO
x
、NbO
x
、InO
x
和
CeO
x
中的任意一种形成，并且与构成所述渐变薄膜的
Sn、Ti、Zn、W、Nb、In
和
Ce
中的每一种化学结合的氧原子的数量从下部薄膜到上部薄膜逐渐变化
。4.
根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其中所述渐变薄膜是从由
SnO
组成的下部薄膜逐渐变为由
SnO2组成的上部薄膜的薄膜
。5.
根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，进一步包括：介于所述电子传输层和所述钙钛矿光吸收层之间并且由
PCBM
或
C60
组成的基于富勒烯的电子输送层
。6.
串联太阳能电池，包括硅太阳能电池和设置在所述硅太阳能电池上的钙钛矿太阳能电池，其中所述钙钛矿太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑进永，梁云硕，李珉智，崔仁泽，
申请(专利权)人：韩华思路信株式会社，
类型：发明
国别省市：