一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池的技术领域，提供了一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池及其制备方法，包括从上到下依次设置的减反射薄膜、钙钛矿太阳能电池、双层中间界面层、硅异质结太阳能电池。本发明专利技术提供的减反射薄膜可以增加电池前表面的抗反射能力，增大光吸收；提供的第一电极为金属网格银纳米线电极，利用银纳米线良好的透过率，使更多的光入射并透过电极，提高器件对太阳光的吸收利用率；此外，本发明专利技术采用中等折射率的硅氧纳米复合薄膜作为双层中间界面层，减少了器件在近红外波段的反射和寄生吸收损耗，同时，利用硅氧纳米复合的高纵向电导率和低横向电导率的各向异性特性，有利于实现大面积高效电池的制备，可以获得更高的转换效率。的转换效率。的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池的
，尤其涉及一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能储量丰富、清洁环保、可持续发展，被认为是未来替代化石燃料的主要能源之一。目前，利用太阳能发电的光伏产业备受瞩目，基于太阳电池的光伏技术是被公认为最有可能解决当前人类面临的能源需求持续增长与环境问题的技术之一。在太阳电池的应用中，晶硅太阳能电池的理论极限约为29.4 %，为突破单结电池理论的限制获得更高的转换效率，科研人员逐渐把目光转向叠层电池的研究。
[0003]叠层太阳能电池的原理是由两个或多个吸收光谱互补的子电池串联或并联堆叠，通过宽带隙子电池吸收高能光子，窄带隙子电池吸收低能光子，根据 AM1.5 太阳光谱的特点实现不同带隙的材料进行不同波段的太阳光吸收，减小损耗以提高光子利用率，提高电池光电转换效率。近几年，钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池因具有带隙匹配、光电转换效率高、工艺简单等特性，成为新兴的研究热点。现有的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池主要包括四端和两端结构，在两端叠层电池中仅需要一个透明电极，有利于减少寄生吸收、降低成本，成为主流钙钛矿/晶硅叠层电池结构。
[0004]目前，在两端叠层太阳电池中，关键的问题在于顶底部电池的电流匹配，这对顶底部电池的带隙提出了更严格的要求，限制叠层电池转换效率的主要因素分为寄生吸收损失和反射损失。产生寄生吸收主要集中在透明电极和中间界面层中，因此对中间电极的改善在光学优化中也至关重要。两端叠层电池的中间界面层起复合载流子和调控光传输的双重作用，需要探寻具有优异光电特性的界面层材料来提高转换效率。ITO薄膜作为叠层电池的中间界面层其在800nm以上波段存在一定程度的寄生吸收，使得底部电池的光电流减少。因此，在两个子电池之间使用中等折射率的光学定制夹层增强由中间电极引起的器件中的光捕获就显得尤为重要，可以获得比常规器件更高的转换效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术问题而提供一种金属网格银纳米线电极来替代常规的ITO电极，利用金属网格和银纳米线的叠层效应，使器件获得良好的导电性，又由于银纳米线具有良好的透过率，可以使更多的光入射并透过电极，提高器件对太阳光的吸收利用率，实现良好的光电综合性能的平衡。
[0006]本专利技术为了克服现有的钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池中间界面层存在的寄生光吸收高的问题，提供了在两个子电池之间使用具有不同折射率的硅氧纳米复合薄膜作为双层中间界面层；该中间层具有中等折射率，与ITO复合层相比，减少了近红外波段的反射和寄生吸收损耗，可以增强底部电池的光电流，获得更高的转换效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池包括从上到下依次设置的减反射薄膜、第一电极、钙钛矿太阳能电池、双层中间界面层、硅异质结太阳能电池、第二电极；所述的钙钛矿太阳能电池包括从上到下依次设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿吸收层和电子传输层；所述的双层中间界面层包括从上到下依次设置的折射率n=2.0(λ=800nm处)的硅氧纳米复合薄膜为第一中间界面层和折射率n=2.7(λ=800nm处)的硅氧纳米复合薄膜为第二中间界面层；所述的硅异质结太阳能电池包括从上至下依次设置的P型非晶硅层、第一本征非晶硅层、硅片衬底、第二本征非晶硅层、N型非晶硅层和第二电极。
[0008]一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，该叠层电池以宽带隙(1.68 eV)的钙钛矿电池为顶部电池，以窄带隙(1.12 eV)的硅异质结电池为底部电池，制备宽带隙钙钛矿电池可以获得相应的V
OC
增益和较高的光电转换效率。此叠层电池的结构主要体现在：1）第一电极采用金属网格银纳米线电极来替代常规的ITO电极，可以使更多的光入射并透过电极，增加了器件的光吸收率；2）在金属网格银纳米线电极前表面制备一层减反射薄膜，来增加电池前表面的抗反射能力进而减少逃逸出器件中的光，使进入器件的光吸收最大化；3）在钙钛矿太阳电池和硅电池之间使用具有不同折射率的硅氧纳米复合薄膜作为双层中间界面层，该中间层具有中等折射率，采用双层中间界面层可以抑制由中间层引发的高寄生光吸收问题，有效的增强底部电池的光电流，获得更高的转换效率；同时，利用硅氧纳米复合薄膜的高纵向电导率和低横向电导率的各向异性特性，容易实现大面积高效电池的制备。
[0009]优选地，所述的减反射薄膜材料为LiF、MgF2、PDMS或LM箔中的一种。其中，在两端串联太阳能电池中，反射损耗占光学损耗的很大一部分，而设置减反层可以降低光反射，增大光吸收。
[0010]优选地，所述的第一电极为金属网格银纳米线电极来替代常规的ITO电极，利用金属网格和银纳米线的叠层效应，获得良好的导电性；又由于银纳米线本身具有良好的透过率，可以使得更多的光入射并透过电极，提高器件对太阳光的吸收利用率。
[0011]优选地，所述的钙钛矿太阳能电池空穴传输层的材料为有机的PTAA、CuI、Spiro
‑
OMeTAD或Spiro
‑
TTB或者为无机材料NiO、MnS或MoO3中的一种。
[0012]优选地，所述的钙钛矿太阳能电池电子传输层的材料为有机的PCBM、C
60
或BCP或者为无机材料SnO2、TiO2或SrTiO3中的一种。
[0013]优选地，所述的钙钛矿吸收层为宽带隙的有机无机杂化钙钛矿材料，或全无机的钙钛矿材料。
[0014]优选地，所述的钙钛矿吸收层采用两步顺序沉积或一步反溶剂沉积的溶液法制备。
[0015]优选地，所述的硅异质结太阳能电池为窄带隙的平面型硅电池，所述的硅电池为N型硅片、P型硅片或CZ型硅片。
[0016]优选地，所述的双层中间界面层是利用等离子体增强化学气相沉积法制备的硅氧纳米复合薄膜，利用PECVD方法在生长期间改变气体混合物中的CO2含量来改变薄膜中的氧气含量，以此来调整其折射率；所述的双层中间界面层是折射率n=2.0(λ=800nm处)的硅氧
纳米复合薄膜为第一中间界面层和折射率n=2.7(λ=800nm处)的硅氧纳米复合薄膜为第二中间界面层；采用硅氧纳米复合薄膜的双层中间界面层与常规的ITO中间界面层相比，这种结构下的太阳能电池既减少了近红外波段的反射和寄生吸收损耗，又增强了底部电池的光电流，进而提高太阳能电池的转换效率。其中，所述的双层硅氧纳米复合薄膜的厚度分别为50~150nm。
[0017]一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：S1.在硅片衬底的上下表面分别制备第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层相对；S2.在所述第一本征非晶硅层上制作形成P型非晶硅层，且在在所述第二本征非晶硅层上制作形成N型非晶硅层；S3.在所述P型非晶硅层上制作折射率n=2.7(λ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池包括从上到下依次设置的减反射薄膜、钙钛矿太阳能电池、双层中间界面层、硅异质结太阳能电池；所述钙钛矿太阳能电池包括从上到下依次设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿吸收层和电子传输层；所述双层中间界面层包括从上到下依次设置的第一中间界面层和第二中间界面层；所述第一中间界面层和第二中间界面层为折射率不同的硅氧纳米复合薄膜；所述硅异质结太阳能电池包括从上至下依次设置的P型非晶硅层、第一本征非晶硅层、硅片衬底、第二本征非晶硅层、N型非晶硅层和第二电极。2.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述减反射薄膜的材料为LiF、MgF2、PDMS或LM箔中的一种；所述第一电极为金属网格银纳米线电极。3.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层的材料为有机的PTAA、CuI、Spiro
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OMeTAD或Spiro
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TTB或者为无机材料NiO、MnS或MoO3中的一种。4.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层的材料为有机的PCBM、C
60
或BCP或者为无机材料SnO2、TiO2或SrTiO3中的一种。5.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸收层的材料为宽带隙的有机无机杂化钙钛矿材料，或全无机的钙钛矿材料。6.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸收层为采用两步顺序沉积或一步反溶剂沉积的溶液法制备。7.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述硅异质结太阳能电池为窄带隙的平面型硅电池，所述硅电池为N型硅片、P型硅片或CZ型硅片。8.根据权利要求1所述钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳能电池，其特征在于：所述第一中间界面层为折射率n=2.0的硅氧纳米复合薄膜，第二中间界面层为折射率n=2.7的硅氧纳米复合薄膜，折射率均为λ=800nm处的折射率；所述第一中间界面层和第二中间界面层的厚度分别为50~150nm。9.一种根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：臧月，刘洋，严文生，邵天翔，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：