一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法_2

文档序号:9689551阅读:来源:国知局
充分地浸入上述混合溶液中与之反应,静置5?30分钟后取出,上述B-3步所得的Pbl2薄膜变成由CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3Pbl2Cl和CH3NH3PbICl2混合构成的薄膜:;
[0039]B-5.热处理:
[0040]将上述第三步的B-4步所制得的在透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂有由CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbI2Cl和CH3NH3PbICl2混合构成的薄膜的整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下保温1小时,再加热至100°C并保温25分钟,由此在电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为0.05?30um,并且P型薄膜晶硅层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0041]第四步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0042]将上述第三步所制得制品的整体放置入磁控溅射设备中,通过磁控溅射法在钙钛矿光吸收层上制备由致密二氧化钛构成的电子传输层,具体操作方法是:靶材为纯度质量百分比99.99%的Ti02靶,靶直径为60mm,厚度为5mm,溅射前,用高纯氩气对磁控溅射设备腔体进行5分钟清洗,然后抽真空,本底真空为4.0 X 10—3Pa,随后依次通入氩气和氧气,通过调节流量控制氩气和氧气的体积比为9: 1,总压强保持为2.0Pa,溅射功率为80W,溅射时间为4小时,生长结束后再经过70°C至150°C的退火处理,由此在钙钛矿光吸收层上制得由致密二氧化钛构成的电子传输层;
[0043]第五步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极:
[0044]在上述第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极,具体操作方法是采用如下两种方法中的任意一种:
[0045]A.磁控溅射方法:
[0046]将上述第四步所制得制品的整体放置入超真空直流磁控溅射设备中,对第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,溅射靶采用质量百分比纯度>99.99%的铝、银或铜,以质量百分比纯度为99.999%的Ar作为溅射气体通入溅射腔内,在真空度为4.0X10—4Pa、氩气流量为20cm3/秒、靶基距为10cm和工作电流为1A的条件下,溅射60?90分钟后,即在第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备得铝、银或铜构成的薄膜层或栅线背电极;
[0047]B.热蒸镀方法:
[0048]将上述第四步所制得制品的整体放置入真空镀膜机中,对第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,在150?175V的电压下使用电阻丝加热真空镀膜机,在真空度为1 X 10—4Pa?8.0 X 10—4Pa和温度为室温至150°C条件下,用蒸发镀铝、银或铜的方法,蒸镀12秒,即在第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备得铝、银或铜构成的薄层背电极;
[0049]至此,最终制得由透明导电基底、P型薄膜晶硅层、电子空穴复合抑制结构层、钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和背电极构成的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池;其中,钙钛矿光吸收层与P型薄膜晶硅层具备相匹配的能级,在P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间加有Si02构成的电子空穴复合抑制结构层;其组成顺序方式是:P型薄膜晶硅层置于透明导电基底上面,电子空穴复合抑制结构层被制备在P型薄膜晶硅层上,钙钛矿光吸收层置于电子空穴复合抑制结构层的上面,并与P型薄膜晶硅层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结,由致密二氧化钛构成的电子传输层置于钙钛矿光吸收层上面,背电极置于由致密二氧化钛构成的电子传输层上面,以上六个功能层依次叠加。
[0050]上述一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法,所述透明导电基底为以玻璃为基底的ΑΖ0、IT0或FT0透明氧化物导电层。
[0051]上述一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法,所涉及的原材料、设备和工艺操作方法均是公知的。
[0052]本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明的突出的实质性特点如下:
[0053](1)本发明的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,是一种具有电子空穴复合抑制结构层的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,在薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中增加电子空穴复合抑制结构层可以显著地抑制PN结界面的电子空穴复合,提高钙钛矿层吸收光子后的光生电子空穴分离效率,抑制薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池内钙钛矿层与导电基底的直接接触、P型晶硅薄膜层与电子传输层的直接接触、P型晶硅薄膜层与背电极的直接接触以及导电基底与背电极的直接接触,抑制了 PN结内漏电流,提高了电池效率,同时也可明显地提高薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的开路电压。
[0054](2)在薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间增加电子空穴复合抑制结构层,该结构层可以实现P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间的电荷隧穿,同时使P型晶硅薄膜的PN结界面上的表面态大量减少。
[0055]与现有技术相比,本发明的显著进步如下:
[0056](1)本发明的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法具有成本低、易实施、实用性强,使用材料性质稳定、无毒。
[0057](2)本发明的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池具有电子空穴复合抑制结构层,可避免晶硅薄膜层受钙钛矿材料以及其他杂质扩散引起的电池老化和衰减问题。
[0058](3)本发明的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法提高了电池效率和长期稳定型,适用用于大面积薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制造
【附图说明】
[0059]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0060]图1是本发明一种薄膜晶硅钙钛矿型太阳电池的结构示意图。
[0061]图中,1.透明导电基底,2.P型薄膜晶硅层,3.电子空穴复合抑制结构层,4.钙钛矿光吸收层,5.由致密二氧化钛构成的电子传输层,6.背电极。
【具体实施方式】
[0062]图1所示实施例表明,用本发明方法制得的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的构成包括:透明导电基底1、P型薄膜晶硅层2、电子空穴复合抑制结构层3、钙钛矿光吸收层4、由致密二氧化钛构成的电子传输层5和背电极6。入射光依次射入透明导电基底l、p型薄膜晶硅层2、电子空穴复合抑制结构层3、钙钛矿光吸收层4、由致密二氧化钛构成的电子传输层5,形成光电流,由此产生的电流可以从背电极6和透明导电基底1输出。
[0063]实施例1
[0064]本实施例的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法,步骤如下:
[0065]第一步,在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上制备P型薄膜晶娃层:
[0066](1.1)制备P型a-S1:H非晶硅薄膜:将以玻璃为基底的ΑΖ0的透明导电基底放置于PECVD设备样品台上,通过PECVD法,在反应压力5Pa、衬底温度50°C、SiH4气体流量为0.1sccm、H2气体流量为lsccm、PH3气体流量为0.0OOlsccm的条件下,在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上生长20nm厚的P型a-S1:H非晶硅薄膜,
[0067](1.2)对P型a-S1:H非晶硅薄膜进行脱氢处理:在高纯N2气氛、250°C的条件下对上一步所得的P型a-S1: Η非晶硅薄膜处理4小时,完成P型a-s1: Η非晶硅薄膜的脱氢处理,
[0068](1.3)完成晶硅薄膜的准分子激光晶化:在反应室温度200°C、本底真空度IX 10—4Pa条件下,通过准分子激光对上一步得到的P型a_S1:H非晶硅薄膜进行晶化,其中激光波长为308nm,脉宽为5ns,频率从1Hz到1000Hz可调,能量密度从20mJ/cm2?800mJ/cm2可调,实现在非晶硅薄膜相变条件下加热至熔化,随着冷却发生晶化,由此在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上制备得P型薄膜晶硅层,该P型薄膜晶体硅层的厚度为10nmo
[0069]第二步,在P型薄膜晶硅上制备电子空穴复合抑制结构层:
[0070]通过PECVD方法,在反应压力5Pa、衬底温度50°C、气体流量为SiH4 lsccm、N2020sccm和N2 40sccm条件下,在第一步所制得的在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上制备沉积厚度为lnm的Si02薄膜,即在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上制备得到厚度为lnm电子空穴复合抑制结构层。
[0071 ]第三步,在电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层:
[0072]在上述第二步制得的在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,采用以下单一旋涂法:
[0073]A-1.CH3NH3I 的制备:
[0074]制备CH3NH3I的原料是重量百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液和重量百分比浓度为57 %的碘化氢溶液,按体积比为百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液:重量百分比浓度为57%的碘化氢溶液=2:1将两种溶液混合后放入到250mL的圆底烧瓶内,在0°C下,利用恒温磁力搅拌器不停搅拌1.5小时,搅拌完毕后利用旋转蒸发仪在50°C下通过旋转蒸发去除溶剂,之后将获得的白色固体用乙醚清洗三次,具体清洗步骤为:先将前述获得的白色固体重新全部溶解在乙醇中,再不断地添加干乙醚析出沉淀物,此过程重复两次,最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中,在60°C和真空度为5 X104Pa的条件下干燥24小时,制得CH3NH3I;
[0075]A-2.成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液的制备:
[0076]将摩尔比为质量百分比为99.999 %的PbCl2:上述A_1步制得的CH3NH3I = 1: 3混合,并溶解在质量百分比纯度为99.9%的N,N-二甲基甲酰胺中,使得PbCl2的浓度为0.5?1M,CH3NH3I的浓度为1M,在室温下,放到磁力搅拌器中搅拌12小时,制得成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液,待用;
[0077 ] A-3.在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜:
[0078]将经第二步制得的在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层整体放到旋涂仪上,其中电子空穴复合抑制结构层在上,取所需量的由上述A-2步制得的成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液旋涂到电子空穴复合抑制结构层上,将旋涂仪转速加速到6000rpm并保持这样的转速旋涂10秒,得到在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜;
[0079]A-4.热处理:
[0080]将上述A-3步得到的在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下热处理0.5小时,再加热至100°C并保温25分钟,由此在以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为0.05um,并且P型薄膜晶硅层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0081]第四步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0082]将上述第三步所制得制品的整体放置入磁控溅射设备中,通过磁控溅射法在钙钛矿光吸收层上制备由致密二氧化钛构成的电子传输层,具体操作方法是:靶材为纯度质量百分比99.99%的Ti
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