一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，包括栅线、减反射层、第一透明导电氧化物、n型微晶硅或非晶硅(p型微晶硅或非晶硅)、第一隧穿化合物、N或P型单晶硅片、第二隧穿化合物、p型微晶硅或非晶硅(n型微晶硅或非晶硅)、第二透明导电氧化物、电子传输层(空穴传输层)、钙钛矿吸光层、空穴传输层(电子传输层)、第三透明导电氧化物、减反射层和栅线。本发明专利技术直接在N或P型单晶硅片双面形成隧穿化合物选择性接触，钝化效果显著，工艺简单，成本低廉。另外，这种基于双隧穿化合物的晶硅底部电池与钙钛矿顶部电池能够轻易地实现更好的电流匹配，界面电荷传输更畅通，同时实现了高转换效率和高稳定性。实现了高转换效率和高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池，特别是涉及一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。

技术介绍

[0002]全球化石资源日益枯竭，太阳能由于其绿色可再生性而成为理想的替代选择。太阳能最重要的利用方法之一是光伏发电技术，它将太阳能直接转化为电能。提高太阳能电池效率是降低光伏发电成本的同时提高其与常规电力资源竞争的关键之一。最直接的提高方法是制造由多个具有互补带隙吸收层组成的多结串联太阳能电池。串联电池概念已被广泛应用，包括从成本相对较低的氢化非晶硅（a-Si:H）到最高性能的III-V组分材料。a-Si:H具有高吸收系数，被认为是制造低成本光伏的极佳候选材料，但不可避免的Staebler-Wronski效应限制了其长期光照稳定性，导致产生深位缺陷重组中心。尽管III-V多结太阳能电池的功率转换效率已超过30％，但复杂且昂贵的制造过程限制了它们的广泛应用，仅用于太空光伏或聚光光伏。因此，设计和实现廉价高效的串联太阳能电池显得尤为重要。与其他光伏材料相比，带隙为1.12 eV的晶硅c-Si是构建多结电池的最合适选择之一，因为它具有合适的带隙、高效、良好的成本竞争力、无毒和稳定性好等优势。十九世纪五十年代初，贝尔实验室成功实现了首个效率约4.5％的硅太阳能电池，目前c-Si太阳能电池的效率已被提高到26.6％，接近29.4％的理论俄歇效率极限。因此，c-Si电池几乎是完美的低带隙底部电池选择。
[0003]最近，有机-无机混合铅卤钙钛矿太阳能电池取得了长足的进步，单结电池的效率高达25.2％，其具有强光吸收性、长载流子扩散长度和可调带隙等诸多优点，这使其成为多结串联电池中极具潜力的顶级电池候选者。令人鼓舞的是，钙钛矿/硅串联电池有望以较低的制造成本实现超过30％的效率潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，既可以自下而上依次为栅线、减反射层、第一透明导电氧化物、n型微晶硅或非晶硅、第一隧穿化合物、N或P型单晶硅片、第二隧穿化合物、p型微晶硅或非晶硅、第二透明导电氧化物、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、第三透明导电氧化物、减反射层和栅线，也可以自下而上依次为栅线、减反射层、第一透明导电氧化物、p型微晶硅或非晶硅、第一隧穿化合物、N或P型单晶硅片、第二隧穿化合物、n型微晶硅或非晶硅、第二透明导电氧化物、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、第三透明导电氧化物、减反射层和栅线。
[0006]所述隧穿化合物（3）和（5）包括Si、Al
、
Mg、B、Ga、Se和Ge等元素的氧化物、氮化物或
者碳化物。
[0007]所述钙钛矿吸光层为PMZ3型钙钛矿材料，所述P为Na
+
、Rb
+
、Cs
+
、Cu
+
、CH3NH
3+
、CH(NH2)
2+
、CH3(CH2)3NH
3+
中的至少一种，所述M为Pb
2+
、Sn
2+
中的至少一种，所述Z为Br-、I-、Cl-中的至少一种，带隙为1.53~2.17 eV。
[0008]所述电子传输层为富勒烯及其衍生物、TiO2、Zn2SnO4、ZnO、SnO2或n型钙钛矿半导体氧化物等，所述空穴传输层为NiOx、GO、PTAA、P3HT或p型铜铁矿半导体氧化物等。
[0009]所述透明导电氧化物为ITO、IZO、AZO、ATO、IWO或IGZO等。
[0010]所述减反射层为MgF2、SiN
x
、SiO
x
、AlO
x
、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯吡咯烷酮等。
[0011]所述隧穿化合物的厚度为0.1~20 nm。
[0012]所述栅线的材质为铝、铜、银、钛、镍、铬、锑、铋、钯和上述一种或多种金属的合金。
[0013]本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术采用超薄的双隧穿化合物选择性钝化接触，使多子隧穿进入微晶硅或非晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而多子在掺杂的微晶硅或非晶硅层横向传输，这种双面钝化结构可以使电流几乎没有任何损失地流出电池，实现更高的电流输出；2、本专利技术采用超薄的双隧穿化合物选择性钝化接触能同时兼容N型和P型硅片，工艺流程简单，温度系数低，双面率高，开路电压输出高；3、本专利技术提出的基于双隧穿化合物的叠层钙钛矿/晶硅异质结太阳能电池既能实现更理想的电流匹配，更大限度地提高各波段光谱的利用率，进而取得极其优异的光伏发电性能。
附图说明
[0014]图1为一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池结构示意图；图2为一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的具体J-V数据示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步说明：如图1所示，一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，既可以自下而上依次为栅线、减反射层、第一透明导电氧化物、n型微晶硅或非晶硅、第一隧穿化合物、N或P型单晶硅片、第二隧穿化合物、p型微晶硅或非晶硅、第二透明导电氧化物、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、第三透明导电氧化物、减反射层和栅线，也可以自下而上依次为栅线、减反射层、第一透明导电氧化物、p型微晶硅或非晶硅、第一隧穿化合物、N或P型单晶硅片、第二隧穿化合物、n型微晶硅或非晶硅、第二透明导电氧化物、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、第三透明导电氧化物、减反射层和栅线。
[0016]所述隧穿化合物（3）和（5）包括Si、Al
、
Mg、B、Ga、Se和Ge等元素的氧化物、氮化物或者碳化物。
[0017]所述钙钛矿吸光层为PMZ3型钙钛矿材料，所述P为Na
+
、Rb
+
、Cs
+
、Cu
+
、CH3NH
3+
、CH(NH2)
2+
、CH3(CH2)3NH
3+
中的至少一种，所述M为Pb
2+
、Sn
2+
中的至少一种，所述Z为Br-、I-、Cl-中的至少一种，带隙为1.53~2.17 eV。
[0018]所述电子传输层为富勒烯及其衍生物、TiO2、Zn2SnO4、ZnO、SnO2或n型钙钛矿半导体氧化物等，所述空穴传输层为NiOx、GO、PTAA、P3HT或p型铜铁矿半导体氧化物等。
[0019]所述透明导电氧化物为ITO、IZO、AZO、ATO、IWO或IGZO等。
[0020]所述减反射层为MgF2、SiN
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，既可以自下而上依次为栅线（13）、减反射层（12）、第一透明导电氧化物（1）、n型微晶硅或非晶硅（2）、第一隧穿化合物（3）、N或P型单晶硅片（4）、第二隧穿化合物（5）、p型微晶硅或非晶硅（6）、第二透明导电氧化物（7）、电子传输层（8）、钙钛矿吸光层（9）、空穴传输层（10）、第三透明导电氧化物（11）、减反射层（12）和栅线（13），也可以自下而上依次为栅线（13）、减反射层（12）、第一透明导电氧化物（1）、p型微晶硅或非晶硅（6）、第一隧穿化合物（3）、N或P型单晶硅片（4）、第二隧穿化合物（5）、n型微晶硅或非晶硅（2）、第二透明导电氧化物（7）、空穴传输层（10）、钙钛矿吸光层（9）、电子传输层（8）、第三透明导电氧化物（11）、减反射层（12）和栅线（13）。2.根据权利要求1所述一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述隧穿化合物（3）和（5）包括Si、Al
、
Mg、B、Ga、Se和Ge等元素的氧化物、氮化物或者碳化物。3.根据权利要求1所述一种基于双隧穿化合物的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层（9）为PMZ3型钙钛矿材料，所述P为Na
+
、Rb
+
、Cs
+
、Cu
+
、CH3NH
3+
、CH(NH2)
2+

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬超，张文君，石磊，
申请(专利权)人：杭州众能光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：