一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构及其制备方法与流程

本发明涉及绒面叠层太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能是一种可再生的清洁能源，对于人类的可持续发展具有重要的意义。太阳能电池将太阳能转化为电能，其转化效率、材料与制造成本是决定其工业化应用、平价上网以及实现能源替代最终目标的关键因素。目前，硅基太阳能电池占据市场95%以上，但其转化效率持续提升越来越困难，且制造成本越来越高。钙钛矿太阳能电池是一种近年来发展最快的太阳能电池技术，其效率由最初的3.8％增长到目前的25.7％。钙钛矿同时还有禁带宽度可调，制备工艺简单，低成本等特点。

2、现有技术存在以下问题：

3、硅异质结太阳能电池具有工艺简单、温度低，制造能耗少，单结小面积的转换效率已达26%以上；特别是其双绒面的结构优势，减少入射光反射、增加入射光在电池吸收层中的有效光程，是减少电池吸收层厚度、降低生产成本的基础。

4、目前，在钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池制造中，因为绒面织构的凸凹表面原因，顶电池钙钛矿电池性能局部差异大，甚至存在结构不完整，进而产生电压寄生损耗或叠加无效。因此，在绒面织构表面上保型性的沉积构造倒置钙钛矿顶电池结构，特别是与隧穿层直接接触的空穴传输层至关重要。

5、当前，基于倒置钙钛矿结构的空穴传输层材料与制造主要有小分子材料sprio-ometad，ttb，tad等、交联小分子vnpb等、聚合物材料pedot-pss、ptaa等、无机niox、cuox、cui、moox等，采用蒸镀、喷涂、旋涂、磁控溅射工艺等平面制造技术。但转移至绒面织构表面时就凸显了如前所述的技术缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构及其制备方法，通过使用原子层沉积法沉积niox薄膜方式减少钙钛矿电池局部性能差异，消除结构不完整，提高叠加电压。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构，它包括上部的顶电池、下部的底电池以及顶电池和底电池之间的隧穿层，底电池包括双面绒硅片，顶电池包括钙钛矿薄膜吸收层；所述双面绒硅片的下方依次设有第一本征层、第六本征层和第一ito薄膜，所述双面绒硅片和钙钛矿薄膜吸收层之间由下至上依次设有第二本征层、第三本征层、第四本征层和第五本征层，形成隧穿层；所述隧穿层的第五本征层的上方设置空穴传输层；所述钙钛矿薄膜吸收层的上方由下至上依次设有lif薄膜、c60薄膜、sno2薄膜和第二ito薄膜，所述lif薄膜、c60薄膜、sno2薄膜形成电子传输层。

4、进一步地，所述第一ito薄膜的外侧设有若干第二电极，所述第二ito薄膜的外侧设有若干第一电极。

5、进一步地，所述第一本征层为本征非晶硅薄膜，第二本征层为本征非晶硅薄膜，第三本征层为n型微晶硅氧薄膜，第四本征层为重掺n型纳米晶硅氧薄膜，第五本征层为重掺p型纳米晶硅氧薄膜，第六本征层为p型微晶硅氧薄膜。

6、进一步地，所述第一本征层的厚度为3nm，第二本征层的厚度为3nm，第三本征层的厚度为5nm，第四本征层的厚度为2nm，第五本征层的厚度为2nm，第六本征层的厚度为5nm。

7、一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，包括以下内容：

8、步骤一、制备双面绒硅片；

9、采用直拉单晶g1 n型硅片制备双面绒硅片，电阻率约为3ω·cm，厚度约为110µm；采用植绒、清洗工艺后在硅片正背面形成双面约3µm特征的金字塔绒面；

10、步骤二、非晶硅本征层镀膜；

11、在双面绒硅片的正面和背面采用等离子体化学气相沉积方法依次沉积背面的第一本征层、正面的第二本征层、第三本征层、第四本征层和第五本征层、最后是背面的第六本征层；所述第一本征层为3nm本征非晶硅薄膜，第二本征层为3nm本征非晶硅薄膜，第三本征层为5nm的n型微晶硅氧薄膜，第四本征层为2nm重掺n型纳米晶硅氧薄膜，第五本征层为2nm重掺p型纳米晶硅氧薄膜，第六本征层为5nm的p型微晶硅氧薄膜；

12、步骤三、制备双面绒硅片背面的第一ito薄膜；

13、采用磁控溅射方法在双面绒硅片背面的第六本征层外侧沉积厚度约120nm的第一ito薄膜；

14、步骤四、制备空穴传输层；

15、在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积空穴传输层；

16、步骤五、制备钙钛矿薄膜吸收层；

17、在空穴传输层上方采用共蒸发法沉积pbi/csbr孔状薄膜，并将含有fai/fabr/macl/ipa的混合溶液甩涂其上，烘烤后形成钙钛矿薄膜吸收层；

18、步骤六、制备电子传输层；

19、在钙钛矿薄膜吸收层的上方分别采用蒸发法沉积lif薄膜、c60薄膜以及采用原子层沉积方法沉积sno2薄膜，lif薄膜、c60薄膜和sno2薄膜组成电子传输层；

20、步骤七、制备双面绒硅片正面的第二ito薄膜；

21、采用磁控溅射方法沉积第二ito薄膜；

22、步骤八、制备双面绒硅片正背面的电极；

23、分别在第一ito薄膜和第二ito薄膜的外侧采用丝网印刷多个ag栅线电极；

24、步骤九、电池叠加开路电压测量。

25、进一步地，步骤四中采用磁控溅射方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为10nm的niox薄膜作为空穴传输层。

26、进一步地，步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为6nm的a-niox薄膜作为空穴传输层。

27、进一步地，步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为4nm的a-niox薄膜作为空穴传输层。

28、进一步地，步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为4nm的b-niox薄膜作为空穴传输层。

29、进一步地，步骤五中在空穴传输层上方采用共蒸发法沉积厚度约为200nm pbi/csbr孔状薄膜，并将含有fai/fabr/macl/ipa的一定配比混合溶液甩涂其上，160℃烘烤后形成厚度约为300nm钙钛矿薄膜吸收层，其禁带宽度约1.61ev。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构包括硅异质结底电池、硅异质结电池上形成隧穿层、绒面织构隧穿层上原子层沉积空穴传输层，以使在带有绒面织构的隧穿层上形成原子级精细结构可控的空穴传输层，以此绒面织构的空穴传输层构成的倒置钙钛矿顶电池；另一方面，制造包含空穴传输层在内的叠层电池后续制程不能影响硅异质结电池和隧穿层的性能，比如处理温度、应力、侵蚀等因素；通过使用原子层沉积法沉积niox薄膜方式减少钙钛矿电池局部性能差异，消除结构不完整，提高叠加电压。

技术特征：

1.一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构，其特征在于：它包括上部的顶电池、下部的底电池以及顶电池和底电池之间的隧穿层，底电池包括双面绒硅片（0），顶电池包括钙钛矿薄膜吸收层（9）；所述双面绒硅片（0）的下方依次设有第一本征层（1）、第六本征层（6）和第一ito薄膜（7），所述双面绒硅片（0）和钙钛矿薄膜吸收层（9）之间由下至上依次设有第二本征层（2）、第三本征层（3）、第四本征层（4）和第五本征层（5），形成隧穿层；所述隧穿层的第五本征层（5）的上方设置空穴传输层（8）；所述钙钛矿薄膜吸收层（9）的上方由下至上依次设有lif薄膜（10）、c60薄膜（11）、sno2薄膜（12）和第二ito薄膜（13），所述lif薄膜（10）、c60薄膜（11）、sno2薄膜（12）形成电子传输层。

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构，其特征在于：所述第一ito薄膜（7）的外侧设有若干第二电极（15），所述第二ito薄膜（13）的外侧设有若干第一电极（14）。

3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构，其特征在于：所述第一本征层（1）为本征非晶硅薄膜，第二本征层（2）为本征非晶硅薄膜，第三本征层（3）为n型微晶硅氧薄膜，第四本征层（4）为重掺n型纳米晶硅氧薄膜，第五本征层（5）为重掺p型纳米晶硅氧薄膜，第六本征层（6）为p型微晶硅氧薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构，其特征在于：所述第一本征层（1）的厚度为3nm，第二本征层（2）的厚度为3nm，第三本征层（3）的厚度为5nm，第四本征层（4）的厚度为2nm，第五本征层（5）的厚度为2nm，第六本征层（6）的厚度为5nm。

5.一种权利要求1所述的钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括以下内容：

6.根据权利要求5所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：步骤四中采用磁控溅射方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为10nm的niox薄膜作为空穴传输层。

7.根据权利要求5所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为6nm的a-niox薄膜作为空穴传输层。

8.根据权利要求5所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为4nm的a-niox薄膜作为空穴传输层。

9.根据权利要求5所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：步骤四中采用原子层沉积方法在双面绒硅片正面的第五本征层外侧沉积厚度约为4nm的b-niox薄膜作为空穴传输层。

10.根据权利要求5所述的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构的制备方法，其特征在于：步骤五中在空穴传输层上方采用共蒸发法沉积厚度约为200nm pbi/csbr孔状薄膜，并将含有fai/fabr/macl/ipa的一定配比混合溶液甩涂其上，160℃烘烤后形成厚度约为300nm钙钛矿薄膜吸收层，其禁带宽度约1.61ev。

技术总结
本发明涉及的一种钙钛矿硅异质结叠层太阳能电池结构及其制备方法，它包括上部的顶电池、下部的底电池以及顶电池和底电池之间的隧穿层，底电池包括双面绒硅片，顶电池包括钙钛矿薄膜吸收层；所述双面绒硅片的下方依次设有第一本征层、第六本征层和第一ITO薄膜，所述双面绒硅片和钙钛矿薄膜吸收层之间由下至上依次设有第二本征层、第三本征层、第四本征层和第五本征层，形成隧穿层；所述隧穿层的第五本征层的上方设置空穴传输层；所述钙钛矿薄膜吸收层的上方由下至上依次设有LiF薄膜、C60薄膜、SnO<subgt;2</subgt;薄膜和第二ITO薄膜。本发明通过使用原子层沉积法沉积NiOx薄膜方式减少钙钛矿电池局部性能差异，消除结构不完整，提高叠加电压。

技术研发人员：来霸,倪志春,连维飞,杨飞
受保护的技术使用者：江苏爱康能源研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12