一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片 的异质结太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏技术的发展是解决目前日益严重的能源和环境问题的一种有效手段。 目前市场上广泛应用的是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，其具备较高的能量转换 效率和较好的器件稳定性。为了进一步降低太阳能电池的成本和拓展光伏材料范围，人们 发展了越来越多的太阳能电池材料和器件结构。钙钛矿甲胺铅碘薄膜太阳能电池是近年来 发展的一种基于钙钛矿甲胺铅碘多晶光吸收层薄膜的一种新型光伏器件，其具备多种优异 的光电性能，包括:合适的直接带隙，IO 5Cnf1的光吸收系数，较长的电子和空穴寿命以及电 荷扩散长度。
[0003] 虽然钙钛矿薄膜太阳能电池的效率已经得到了显著提升，达到20.1%，接近于多 晶硅的效率。但是由于钙钛矿甲胺铅碘多晶薄膜吸光范围较窄，使得其光电流难以有效提 高，且其光热稳定性较差，难以大面积沉积，影响了该电池的商业化应用。而钙钛矿甲胺铅 碘单晶薄膜相比于钙钛矿甲胺铅碘多晶薄膜，具备更宽的光吸收范围，更长的电荷扩散长 度以及更高的晶体质量，因此也是一种理想的光吸收层类型，同时在材料稳定性方面有更 大的优势。此外，太阳能电池的发展和成熟为单晶电池的设计和生产积累了丰富的经验，因 此在钙钛矿薄膜电池和晶硅电池的基础上发展钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜太阳能电池更容 易实现技术的兼容与拓展。目前，尚未有钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜太阳能电池的相关报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种较宽的光吸收范围、高电荷传输性能的基于钙钛矿甲 胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池。
[0005] 本发明进一步的目的是要提供一种提升电池性能的制备基于钙钛矿甲胺铅碘单 晶切片的异质结太阳能电池的方法。
[0006] 特别地，本发明提供了一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池， 包括：
[0007] 以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片作为所述异质结太阳能电池的光吸收层；
[0008] 两个选择性电荷接触层，分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选择 性抽取和收集所述光吸收层产生的光生电荷;和
[0009] 两个导电玻璃，分别与两个所述选择性电荷接触层直接接触，以作为所述异质结 太阳能电池的正极和负极。
[0010] 可选地，两个所述导电玻璃中每一导电玻璃包括玻璃载体以及贴合在所述玻璃载 体内侧的氟掺杂二氧化锡透明导电层。
[0011] 可选地，两个所述选择性电荷接触层分别为电子选择性接触层和空穴选择性接触 层。
[0012] 可选地，所述电子选择性接触层包括二氧化钛、二氧化钛掺杂化合物、氧化锌、氧 化锌掺杂化合物、二氧化锡以及二氧化锡掺杂化合物中的一种或多种。
[0013] 可选地，所述空穴选择性接触层包括氧化镍、氧化镍掺杂化合物以及碳材料中的 一种或多种。
[0014] 特别地，本发明还提供了一种制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能 电池的方法，具体步骤包括：
[0015] 通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶获得所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片；
[0016] 制备电子选择性接触层和空穴选择性接触层；
[0017] 分别在两个导电玻璃上沉积所述电子选择性接触层和所述空穴选择性接触层；
[0018] 按序将所述电子选择性接触层、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片和空穴选择性接触层堆 叠，并对其进行热压处理形成样品；
[0019]对所述样品进行封装，以获得所述异质结太阳能电池。
[0020]可选地，所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片在经过电火花线切割后需要进行表面修复 和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。
[0021 ]可选地，所述表面修复的方法包括溶剂修复和热压修复。
[0022] 可选地，所述电子选择性接触层和空穴选择性接触层的沉积方式为薄膜沉积方 法。
[0023] 可选地，所述薄膜沉积方法为旋涂、喷雾或丝网印刷，其前驱物质为对应的金属离 子溶液或直接合成的纳米颗粒分散液。
[0024] 本发明的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池，具备较宽的光吸收 范围、较高的电荷传输性能、较长的电荷扩散长度以及较高的晶体质量。本发明可以提供一 种性能良好的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池。
[0025] 进一步地，本发明的制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池的方 法，将传统的晶硅线切割技术进行拓展以应用到钙钛矿甲胺铅碘单晶的切割中，提高了钙 钛矿甲胺铅碘单晶切片的精度。同时，为适应钙钛矿甲胺铅碘单晶材料在机械性能以及耐 高温性能方面的不足，本发明采用修复方法降低其表面粗糙度，进一步提高了异质结太阳 能电池的制备工艺的适应性。
[0026] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明 了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0027] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。 附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些 附图未必是按比例绘制的。附图中：
[0028] 图1是根据本发明一个实施例的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电 池的结构示意图；
[0029] 图2是以碳电极作为背电极的电池结构示意图；
[0030] 图3是以碳电极和空穴选择性接触层作为背电极的电池结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 图1是根据本发明一个实施例的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能 电池的结构示意图。如图1所示，所述异质结太阳能电池，包括：
[0032] 以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30作为所述异质结太阳能电池的光吸收层；
[0033]两个选择性电荷接触层20,分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选 择性抽取和收集所述光吸收层产生的光生电荷;和
[0034] 两个导电玻璃10,分别与两个所述选择性电荷接触层20直接接触，以作为所述异 质结太阳能电池的正极和负极。
[0035] 本发明的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池，具备较宽的光吸 收范围、较高的电荷传输性能、较长的电荷扩散长度以及较高的晶体质量。本发明可以提供 一种性能良好的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池。
[0036] 参见图1，两个所述导电玻璃10中每一导电玻璃10包括玻璃载体11以及贴合在所 述玻璃载体11内侧的氟掺杂二氧化锡透明导电层12(FT0)。其中，玻璃载体11靠近所述选择 性电荷接触层20的一侧即为内侧。参见图1，所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12的面积可以 小于所述玻璃载体11的面积，所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12可以与所述玻璃载体11的 一端相对齐，玻璃载体11还可以与所述选择性电荷接触层20直接接触。
[0037] 如图1所示，两个所述选择性电荷接触层20分别为电子选择性接触层22和空穴选 择性接触层21。其中，两个导电玻璃10中的两个所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12分别与 所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21接触。由于所述氟掺杂二氧化锡透明 导电层12具有导电作用，可以使得所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21分 别通过导电玻璃10作为异质结太阳能电池的负极和正极。
[0038] 由于钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜在耐高温性能以及机械强度等方面均远低于硅材 料，同时钙钛矿甲胺铅碘也难以实现离子注入以获得掺杂，同时其存在的严重的离子迀移 使得稳定的自掺杂难以实现，因此直接套用晶硅太阳能电池的工艺来制备钙钛矿甲胺铅碘 单晶薄膜太阳能电池显然难以实现。
[0039] 因此，本发明还提供了一种制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能 电池的方法，包括：
[0040] 步骤S1、通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶获得所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切 片30;
[0041] 步骤S2、所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30在经过电火花线切割后需要进行表面修 复和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。
[0042] 步骤S3、制备电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21;
[0043]步骤S4、分别在两个导电玻璃10上沉积所述电子选择性接触层22和所述空穴选择 性接触层21;
[0044] 步骤S5、按序将所述电子选择性接触层22、钙钛矿甲胺铅碘