一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，更具体的是涉及一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池。

背景技术：

随着环境污染问题越来越受重视，人们减少了化石能源的使用，大力开发新能源，在风能和太阳能领域投入了大量的精力，由于火力发电逐步被风能和太阳能发电取代，由于风能发电存在着一定的局限性，太阳能发电越来越受到人们的重视，太阳能太阳能有着利用简单、安全、无污染等特点，随着光伏发电平价上网的政策实施，提效降本成了光伏产业面临的严峻问题，科研人员开始着手研究高效的叠层太阳能电池。

最近几年，钙钛矿电叠层池引起了人们的强烈的关注，例如钙钛矿-perc电池、钙钛矿-异质结电池、钙钛矿-钙钛矿电池等成了叠层电池的研究热点，其中钙钛矿-异质结电池顶层的钙钛矿电池的钙钛矿材料不但具备了无机半导体材料优良的导电性能和稳定性能，还具备了制备比较简单、成本比较低，底层的晶硅太阳能电池具有成熟的制造工艺，钙钛矿-晶硅太阳电池能够充分利用可见光短波段范围380nm-500nm的光，在外量子效率(eqe)有明显的上升，弥补了硅基材料(禁带宽度1.12ev)对光谱利用不充分的缺点，选取合理顶部钙钛矿和晶硅太阳电池的连接层，使其电流匹配正常工作，但是现有钙钛矿-异质结电池顶层电池禁带宽度一般为1.55ev-1.8ev，主要吸收短波长的光子，研究发现对太阳光谱可见光利用率还是比较低，因此其光电转化效率还有待进一步提高。

故如何解决上述技术问题，对于本领域技术人员来说很有现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：为了解决现有钙钛矿-异质结电池顶层电池禁带宽度一般为1.55ev-1.8ev，对太阳光谱可见光利用率较低，光电转化效率不够高的技术问题，本实用新型提供一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池，包括连接在一起的钙钛矿顶层太阳能电池和异质结底层太阳能电池，钙钛矿顶层太阳能电池包括从上到下依次设置的前金属电极层、第一透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层和电子传输层，钙钛矿光吸收层包括从上到下依次设置的钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c，钙钛矿层a的禁带宽度为2.4-3.0ev，钙钛矿层b的禁带宽度为2.0-2.6ev，钙钛矿层c的禁带宽度为1.9-2.2ev，且钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c的禁带宽度依次减小。

进一步地，第一透明导电氧化物层为掺钼氧化铟，厚度为20-30nm，禁带宽度为3.6-3.9ev。

进一步地，异质结底层太阳能电池包括从上到下依次设置的透明导电氧化物复合层、p型空穴选择层、钝化层、n型硅衬底层、n型电子选择层、第二透明导电氧化物层和后金属电极层，透明导电氧化物复合层和电子传输层连接。

进一步地，透明导电氧化物复合层为掺钼氧化铟，其厚度为50-80nm，其电阻率为3.0×10^-4-3.5×10^-4ω·cm。

进一步地，第二透明导电氧化物层为掺钼氧化铟，其厚度为30-50nm，其电阻率为3.0×10^-4-3.5×10^-4ω·cm。

进一步地，p型空穴选择层材质为过渡金属氧化钼，其厚度为300-500nm。

进一步地，n型硅衬底层为n型单晶硅或n型多晶硅，其禁带宽度为1.12ev，其厚度为100-120um。

进一步地，n型电子选择层为碱金属氟化物，其厚度为200-300nm。

进一步地，前金属电极层和后金属电极层的材质均为ag或ag的合金或cu或cu与mo、w、ti、ni、al、mg、ta、sn、ag至少之一所形成的合金中的任意一种。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型对钙钛矿顶层太阳能电池中的钙钛矿光吸收层进行优化设计，采用不同禁带宽度的钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c组合形成钙钛矿光吸收层，且钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c的禁带宽度依次减小，设置合理，从而充分利用了太阳光谱可见光，制得的电池光电转化效率超过28％，且开路电压高，增加了发电量。

2、第一透明导电氧化物层和第二透明导电氧化物层均为掺钼氧化铟(imo)，具有较高的光透过率，可见光透过率在85％-90％，增加了光生载流子的产生，同时透明导电氧化物复合层也为掺钼氧化铟(imo)，起到调控电流的作用，从而使电池具有稳定的电流输出。

3、本实用新型制造工艺简单，生产成本低，在n型电子选择层下表面制备第二透明导电氧化物层时有一个退火作用，主要作用是保护银扩散到n型电子选择层上和提高载流子的收集能力，制备钙钛矿光吸收层时，从下到上依次旋涂钙钛矿层c、钙钛矿层b和钙钛矿层a，采用合适的温度和烘干时间，成型质量高。

附图说明

图1是本实用新型一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池的结构示意图。

附图标记：1-前金属电极层，2-第一透明导电氧化物层，3-空穴传输层，4-钙钛矿光吸收层，4.1-钙钛矿层a，4.2-钙钛矿层b，4.3-钙钛矿层c，5-电子传输层，6-透明导电氧化物复合层，7-p型空穴选择层，8-钝化层，9-n型硅衬底层，10-n型电子选择层，11-第二透明导电氧化物层，12-后金属电极层。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池，包括连接在一起的钙钛矿顶层太阳能电池和异质结底层太阳能电池，钙钛矿顶层太阳能电池包括从上到下依次设置的前金属电极层1、第一透明导电氧化物层2、空穴传输层3、钙钛矿光吸收层4和电子传输层5，钙钛矿光吸收层4包括从上到下依次设置的钙钛矿层a4.1、钙钛矿层b4.2和钙钛矿层c4.3，钙钛矿层a4.1的禁带宽度为2.4-3.0ev，钙钛矿层b4.2的禁带宽度为2.0-2.6ev，钙钛矿层c4.3的禁带宽度为1.9-2.2ev，且钙钛矿层a4.1、钙钛矿层b4.2和钙钛矿层c4.3的禁带宽度依次减小。

钙钛矿顶层太阳能电池中的钙钛矿光吸收层采用不同禁带宽度的钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c组合形成，且钙钛矿层a、钙钛矿层b和钙钛矿层c的禁带宽度依次减小，这里钙钛矿层a的最佳禁带宽度为3.0ev，钙钛矿层b的最佳禁带宽度为2.5ev，钙钛矿层c的最佳禁带宽度为1.9ev，设置合理，从而充分利用了太阳光谱可见光，制得的电池光电转化效率超过28％，且开路电压高，增加了发电量。

作为本实用新型的一种可选技术方案：

第一透明导电氧化物层2为掺钼氧化铟(imo)，厚度为20-30nm，禁带宽度为3.6-3.9ev，可见光透过率在85％-90％。

异质结底层太阳能电池包括从上到下依次设置的透明导电氧化物复合层6、p型空穴选择层7、钝化层8、n型硅衬底层9、n型电子选择层10、第二透明导电氧化物层11和后金属电极层12，透明导电氧化物复合层6和电子传输层5连接。

透明导电氧化物复合层6为掺钼氧化铟(imo)，其厚度为50-80nm，其电阻率为3.0×10-4-3.5×10-4ω·cm，可见光透过率在85％-90％。

钝化层材质可采用sio2，厚度为1-5nm，作为饱和晶硅衬底表面的悬挂键，减少表面复合中心。

第二透明导电氧化物层11为掺钼氧化铟(imo)，其厚度为30-50nm，其电阻率为3.0×10-4-3.5×10-4ω·cm。

p型空穴选择层7材质为过渡金属氧化钼，其厚度为300-500nm。

n型硅衬底层9为n型单晶硅或n型多晶硅，其禁带宽度为1.12ev，其厚度为100-120um。

n型电子选择层10为碱金属氟化物，例如lif，其厚度为200-300nm。

前金属电极层1和后金属电极层12的材质均为ag或ag的合金或cu或cu与mo、w、ti、ni、al、mg、ta、sn、ag至少之一所形成的合金中的任意一种。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。