一种新型双面薄膜太阳电池及其工业制造方法
【专利摘要】本发明属高效低成本薄膜太阳电池领域，具体为一种新型双面薄膜太阳电池及其工业制造方法。本发明首先激光分割TCO-1（前电极和电子传导体（ETM）），在经过激光分割后的TCO-1导电玻璃上（带隙宽度>3.2eV，电子亲合势约~4.8eV）双源共蒸发沉积ABX3（A=CH3NH3等，B=Pd，Sn等，X=I，Cl，Br等）钙钛矿吸收层（200-400nm厚，带隙宽度1.5eV，电子亲合势3.93eV），再将样品转移到PECVD设备中沉积梯度掺杂p/p+型氢化硅基薄膜（5~30nm厚，带隙宽度1.8~2.0eV，电子亲合势3.45eV），以构建背面电场，紧接着样品进行第二道激光分割后转移到真空设备中制备沉积TCO-2（ITO或ZnO等），最后将完成所述工序的样品进行第三次激光分割，构建复合栅线电极。最终实现高效率低成本的新型双面采光太阳电池。
【专利说明】-种新型双面薄膜太阳电池及其工业制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型双面薄膜太阳电池及其工业制造方法，具体涉及一种P型硅 基薄膜替代现有技术中普遍使用的昂贵的有机空穴传导体（Spiro-OMeTAD)并将背面金属 电极替换为诸如ΙΤ0透明导电薄膜的窗口电极的钙钛矿太阳电池及其制造方法，属高效低 成本薄膜太阳电池领域。
【背景技术】
[0002] 在太阳电池是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。从二十世纪70 年代中期开始地面用太阳电池商品化以来，硅就作为基本的电池材料占据着主导地位，而 且可以确信这种状况在今后较长一段时期内不会发生根本性改变。从材料物理学上讲，硅 材料并不是最理想的光吸收层材料，一方面因为硅的禁带宽度（1. 12eV)同太阳光谱并非完 全匹配；另一方面，硅是间接带隙半导体材料，其光吸收系数不高。因此，具有更好太阳光谱 匹配和更高光吸收系数进而实现更高光电转换效率的光吸收材料和太阳电池器件是长期 的研发热点。
[0003] 自2009年以来一类以金属齒化物与有机烧氨杂化的|丐钛矿（perovskite)结构 半导体为光吸收层的所谓钙钛矿太阳电池引起人们注意。文献"A. Kojima，K. Teshima， Y. Shirai, T. Miyasaka, J. Am.Chem.Soc.2009，131，6050." 首先报道了采用钙钛矿 材料作为吸收层的太阳电池；文献"M.M.Lee, J. Teuscher, Τ· Miyasaa, Τ· Ν· Murami, Η. J. Snaith, Science (2012)，'、"Mingzhen Liu, Michael B. Johnston & Henry J. Snaith,Nature (2013)" 和 "Dianyi Liu and Timothy L. Kelly, Nature (2013)"跟进 报道并在较短的时间内其光电转换效率从起初的4%迅速提高到15%以上并即将达到20%。 这种太阳电池的制造流程一般是首先在FT0导电玻璃上沉积Ti0 2或ΖηΟ (η型半导体)层， 然后在其上面利用溶液旋涂法或热蒸发沉积ABX3 (A=CH3NH3等，B=Pd，Sn等，X=I，Cl，Br等） 钙钛矿结构半导体作为光吸收层，再旋涂一层Spiro-OMeTAD (p型有机空穴导体)，最后蒸 发一层Au或Pt作为背电极，形成n-i-p结构，迎光面为η型层（Ti02、ΖηΟ等)。如公布号 为CN103700769A (申请号为201310651418. 4)的中国专利申请文件所述，此类太阳电池都 是采用较为昂贵的有机分子导电材料（Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、TAPC、ΝΡΒ、ΤΗ)等）作为 空穴传导层（HTM)，同时还必须用昂贵的金（Au)或钼（Pt)作为金属背电极，这在很大程度 上增加了电池成本。文献"Etgar, L. etal.，J. Am. Chem. Soc. 134，17396 - 17399 (2012) "报道过直接取消空穴传输材料的钙钛矿薄膜太阳电池，但光电转换效率较低(最高 效率只有8%)。公布号为CN103746078A (申请号为201410040145. 4)的中国专利申请首先 提到将一些金属卤化物(如Cul等）和金属氧化物(如：CuO、Cu20、CuSCN、NiO、M〇0 X等）作为 此类太阳电池的P型层（HTM)材料。另一方面，在传统非晶硅薄膜太阳电池中，p型掺杂硅 基薄膜的制备技术以及通过梯度掺杂（p/p+，n/n+)所构成的背面电场来提高载流子收集效 率的技术也较为成熟。基于此，本专利将P型掺杂硅基薄膜应用到钙钛矿结构薄膜太阳电 池中作为空穴传导层（HTM)，替换后核心功能层的能带结构(如附图-1)，从能带构型图可 以看出，光生载流子可以实现有效的的选择性分离和收集。
[0004] 发明目的：将P型掺杂硅基薄膜应用到钙钛矿结构薄膜太阳电池中避免昂贵的有 机分子导电材料(如Spiro-OMeTAD)而实现降低成本的目的；利用硅薄膜材料易和金属铝 (A1)、银（Ag)或石墨碳（Graphite)甚至多种透明金属氧化物（TC0)等形成欧姆接触的优点 避免昂贵金属Au和Pt的使用，进一步降低成本；通过建立p/p+或n/n+背电场提高载流子 收集效率而提高太阳电池光电转换效率；利用P型掺杂硅基薄膜带隙较宽的特点将钙钛矿 太阳电池背面金属电极替换为诸如ΙΤ0透明导电薄膜的窗口电极，进而实现双面采光来更 进一步提高和扩大该型薄膜太阳电池的光电转换效率和实际应用范围。
【发明内容】
[0005] 针对【背景技术】中普遍采用的有机分子（如Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、TAPC、NPB、 ΤΗ)等）和无机化合物(如CuI、Cu0、Cu20、CuSCN、Ni0、Mo0x等）空穴传导材料（HTM)，昂贵金 属背电极（Au和Pt)，本发明提出采用p型掺杂硅基薄膜构建钙钛矿太阳电池的空穴传导 层、ΙΤ0取代Au、Pt等昂贵金属背电极、双面采光器件结构的设计及集成串联的大面积太阳 电池工业制备方法。
[0006] 米用文献"M.M.Lee, J. Teuscher, T. Miyasaa, Τ· N. Murami, H. J. Snaith， Science (2012)，'、"Mingzhen Liu, Michael B. Johnston & Henry J. Snaith, Nature (2013)" 和 "Dianyi Liu and Timothy L. Kelly, Nature (2013)"所公开的器件结构和 工艺方法，首先激光分割TC0-1，在经过激光分割后的FT0导电玻璃(方块电阻〈20Ω/ □) 或ZnO等TC0-1导电玻璃上(带隙宽度>3. 2eV，电子亲合势约8eV)双源共蒸发沉积ABX3 (A=CH3NH3等，B=Pd，Sn等，X=I，Cl，Br等）钙钛矿吸收层（200-400nm厚，带隙宽度1. 5eV，电 子亲合势3. 93eV)。
[0007] 将完成[6]所述工序的样品转移到PECVD (等离子体增强化学气相沉积）设备中 沉积梯度掺杂p/p+型氢化硅基薄膜（5-30nm厚，带隙宽度1. 8-2. OeV，电子亲合势3. 45eV)， 以构建背面电场，该电场加速空穴收集并将扩散到i/p界面的光生电子反射回到n/i界面 而被收集。制备条件如表1所示。
[0008] 表lp/p+_Si :H背电场空穴传导层的PECVD制备条件。
【权利要求】
1. 一种新型双面薄膜太阳电池，其特征是："采用P型掺杂硅基薄膜构建钙钛矿太阳电 池的空穴传导层；再将钙钛矿太阳电池背面金属电极替换为诸如ITO但不限于ITO的透明 导电薄膜的透明金属氧化物窗口电极，最后实现双面采光"。
2. 根据权利要求1中所述的p型掺杂硅基薄膜，其特征在于与钙钛矿吸收层的能 带匹配，光生载流子可以实现有效的选择性分离和收集，并可建立P/P+或n/n+背电 场提高载流子收集效率而提高太阳电池光电转换效率且避免昂贵的有机分子导电材料 (如Spiro-OMeTAD)而实现降低成本的目的，此外，易于和金属铝（A1)、银（Ag)或石墨碳 (Graphite)甚至多种透明金属氧化物（TC0)等形成欧姆接触的优点避免昂贵金属Au和Pt 的使用，可进一步降低成本。
3. 根据权利要求1中所述的透明金属氧化物窗口，其特征在于实现双面采光来更进一 步提高和扩大该型薄膜太阳电池的光电转换效率和实际应用范围。
【文档编号】H01L51/46GK104157789SQ201410429826
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】胡志华, 施光辉, 段良飞 申请人:云南师范大学