一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法_3

文档序号:9689551阅读:来源:国知局
02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;
[0083]第五步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备铝构成的薄层背电极:
[0084]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铝构成的薄层背电极,具体操作方法是采用如磁控溅射方法:
[0085]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,不使用掩模版,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,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4.0 X 10—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构成的薄膜层背电极;
[0086]至此,最终制得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,由以玻璃为基底的ΑΖ0透明氧化物导电层的透明导电基底、厚度为10nm的P型薄膜晶硅层、厚度为lnm的电子空穴复合抑制结构层、成分为CH3NH3PbI3厚度为0.05um的钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和铝构成的薄层背电极构成,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型薄膜晶硅层置于以玻璃为基底的AZ0透明氧化物导电层的透明导电基底上面,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,铝构成的薄层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,构成此一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0087]实施例2
[0088]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:
[0089]第一步,在以玻璃为基底的IT0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:
[0090](1.1)制备P型α-S1:Η非晶硅薄膜:将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26Pa、衬底温度200°C、SiH4气体流量为5sccm、H2气体流量为50sccm、PH3气体流量为0.5sCCm的条件下,以玻璃为基底的IT0透明氧化物导电层的透明导电基底上生长1510nm厚的P型a-S1:H非晶硅薄膜,
[0091](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、400°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,
[0092](1.3)完成晶硅薄膜的准分子激光晶化:在反应室温度300°C、本底真空度4.5 X10—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25ns,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,由此以玻璃为基底的ΙΤ0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 lOOOnm。
[0093]第二步,在P型薄膜晶硅上制备电子空穴复合抑制结构层:
[0094]通过PECVD方法,在反应压力26Pa、衬底温度200°C、气体流量为SiH4 50sccm、N20510sccm和N2 1020sccm条件下,在第一步所制得的以玻璃为基底的ITO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lOOnm的Si02薄膜,即以玻璃为基底的IT0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电子空穴复合抑制结构层。
[0095]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:
[0096]在上述第二步制得的以玻璃为基底的ΙΤ0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:
[0097]A-1.CH3NH3I 的制备:
[0098]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= 2.5:1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1.8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;
[0099]A-2.成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液的制备:
[0100]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0.8M,CH3NH3I的浓度为1.5M,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;
[0101]A-3.以玻璃为基底的ΙΤ0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:
[0102]将经第二步制得的以玻璃为基底的ΙΤ0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20秒,得到以玻璃为基底的ΙΤ0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;
[0103]A-4.热处理:
[0104]将上述A-3步得到的以玻璃为基底的ΙΤ0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0.8小时,再加热至100°C并保温25分钟,由此以玻璃为基底的ΙΤ0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,该钙钛矿光吸收层的厚度为15um,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;
[0105]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:
[0106]同实施例1;
[0107]第五步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备银构成的栅线背电极:
[0108]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银构成的栅线背电极,具体操作方法是采用如下的磁控溅射方法:
[0109]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,使用掩模版,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%的银,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4.0 X 10—4Pa、氩气流量为20cm3/秒、靶基距为1cm和工作电流为IA的条件下,溅射75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银构成的栅线背电极;
[0110]至此,最终制得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,由以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层的透明导电基底、厚度为100nm的P型薄膜晶硅层、厚度为10nm的电子空穴复合抑制结构层、成分为CH3NH3PbI3厚度为15um的钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和银构成的栅线背电极构成,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S12构成的电子空穴复合抑制结构层;其组成顺序方式是:P型薄膜晶硅层置于以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层的透明导电基底上面,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,银构成的栅线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,构成此一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0111]实施例3
[0112]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:
[0113]第一步,在以玻璃为基底的FTO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:
[0114](1.1)制备P型α-S1:H非晶硅薄膜:将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50Pa、衬底温度350°C、SiH4气体流量为10sccm、H2气体流量为100sCCm、PH3气体流量为Isccm的条件下,以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上生长3000nm厚的P型a-S1:H非晶硅薄膜,
[0115](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、550°C的条件下对上一步所得的P型a-S1: H非晶硅薄膜处理4小时,完成P型a-S1: H非晶硅薄膜的脱氢处理,
[0116](1.3)完成晶硅薄膜的准分子激光晶化:在反应室温度400°C、本底真空度9 X 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50ns,频率从IHz到100Hz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,由此以玻璃为基底的FTO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2000nm。
[0117]第二步,在P型薄膜晶硅上制备电子空穴复合抑制结构层:
[0118]通过PECVD方法,在反应压力50Pa、衬底温度350°C、气体流量为SiH4 lOOsccm、N201000sccm和N2 2000sccm条件下,在第一步所制得的以玻璃为基底的FTO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200nm的S12薄膜,即以玻璃为基底的FTO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电子空穴复合抑制结构层。
[0119]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:
[0120]在上述第二步制得的以玻璃为基底的FTO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:
[0121]A-1.CH3NH31的制备:
[0122]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3
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