一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，特别涉及一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、新型薄膜太阳能电池，尤其是钙钛矿太阳能电池，以其较为低廉的成本、优良的光电转换性能等系列优点为解决世界范围内的能源问题提供新的路径。目前，新型薄膜太阳能电池的光电转换效率正在快速逼近商业晶硅太阳能电池，但在产业化生产上仍面临一些挑战。电子传输层是薄膜太阳能电池中提取、运输和收集电荷过程的关键功能层。但单组份电荷传输层往往存在与光活性层能级匹配性差、电荷迁移率低等问题。掺杂策略是解决上述问题的有效手段。无机电荷传输层以其稳定的特性而适用于商业化太阳能电池，通常使用真空的方法沉积，如单掺杂靶溅射、双靶溅射等。这些策略虽然改善了电荷传输层的能级和电荷传输能力，但在大规模产业化制备时存在可重复性差、均匀度不好等缺点，一定程度上制约了新型薄膜太阳能电池的产业化进程。

2、因此，开发一种可重复、均匀性好的电荷传输层掺杂策略对于未来大规模商业化制备新型薄膜太阳能电池十分必要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何实现电池在大规模制备中电荷传输层重复性高、均匀性好的有效掺杂。掺杂后的电荷传输层的能级更加匹配、电荷传输能力提高，但常规的单掺杂源源沉积或者双源共沉积等策略存在易受单掺杂源性质影响、掺杂不均匀等问题。本发明提供的电荷传输材料主体和掺杂组分分层沉积的方法，将掺杂组分沉积在两层电荷传输主体材料之间，形成夹层结构，在完成沉积后，依靠退火提供驱动力实现原始电荷传输层和掺杂剂层的相互渗透，从而实现对电荷传输层的均匀掺杂，并且通过控制退火温度和升温程序可以实现重复、批量制备。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)，顶电极预处理；

4、步骤(2)，在所述顶电极上制备空穴传输层；

5、步骤(3)，在所述空穴传输层上制备钙钛矿吸光层；

6、步骤(4)，在所述钙钛矿吸光层上制备电子传输层；

7、步骤(5)，在所述电子传输层上制备底电极，得到所述钙钛矿太阳能电池；

8、其中，所述空穴传输层和/或所述电子传输层采用掺杂型电荷传输结构，制备步骤如下：

9、步骤a，通过磁控溅射法，依次层叠沉积第一金属氧化物、金属离子和第二金属氧化物；

10、步骤b，采用程序升温法，促使所述金属离子和所述第一金属氧化物以及所述第二金属氧化物之间相互渗透、均匀掺杂，制得所述掺杂型电荷传输结构。

11、优选的技术方案为：所述步骤a中，所述第一金属氧化物的溅射条件为：电源功率200w，持续10min，载气流量ar＝200sccm；所述金属离子的溅射条件为：电源功率200w，持续2min，载气流量ar＝200sccm；所述第二金属氧化物的溅射条件为：电源功率200w，持续10min，载气流量ar＝200sccm。

12、优选的技术方案为：所述步骤b中，程序升温条件为：150℃升温至300℃后退火30min。

13、优选的技术方案为：所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物材料一致，为氧化镍、氧化锡和氧化钛中的一种；所述金属离子为铜离子、铯离子、镁离子和锂离子中的一种。

14、优选的技术方案为：所述空穴传输层采用所述掺杂型电荷传输结构时，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物采用氧化镍，所述金属离子采用铜离子和镁离子中的一种。

15、优选的技术方案为：所述电子传输层采用所述掺杂型电荷传输结构时，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物采用氧化锡和氧化钛中的一种，所述金属离子采用铯离子和锂离子中的一种。

16、一种太阳能电池，采用上述的具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法制造而成制造而成。

17、由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：

18、本发明提供的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池及其制备方法，通过对电荷传输材料和掺杂剂材料进行分层沉积，实现对电荷传输结构的可重复、均匀的掺杂，以改善电荷传输结构的能级和电荷传输能力，有效提升太阳能电池的性能。

技术特征：

1.一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤a中，所述第一金属氧化物的溅射条件为：电源功率200w，持续10min，载气流量ar＝200sccm；所述金属离子的溅射条件为：电源功率200w，持续2min，载气流量ar＝200sccm；所述第二金属氧化物的溅射条件为：电源功率200w，持续10min，载气流量ar＝200sccm。

3.根据权利要求1所述的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤b中，程序升温条件为：150℃升温至300℃后退火30min。

4.根据权利要求1所述的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物材料一致，为氧化镍、氧化锡和氧化钛中的一种；所述金属离子为铜离子、铯离子、镁离子和锂离子中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述空穴传输层采用所述掺杂型电荷传输结构时，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物采用氧化镍，所述金属离子采用铜离子和镁离子中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述电子传输层采用所述掺杂型电荷传输结构时，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物采用氧化锡和氧化钛中的一种，所述金属离子采用铯离子和锂离子中的一种。

7.一种太阳能电池，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的具备新型电荷传输结构的太阳能电池制备方法制造而成。

技术总结
一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池中的空穴传输层和/或电子传输层采用掺杂型电荷传输结构，掺杂型电荷传输结构的制备步骤包括：通过磁控溅射法在顶电极和/或钙钛矿吸光层上依次层叠沉积第一金属氧化物、金属离子和第二金属氧化物；溅射完成后再通过退火工艺促使金属离子和第一金属氧化物以及第二金属氧化物之间相互渗透、均匀掺杂后制得。本技术方案提出的一种具备新型电荷传输结构的太阳能电池及其制备方法，通过对电荷传输材料和掺杂剂材料进行分层沉积，实现对电荷传输结构的可重复、均匀的掺杂，以改善电荷传输结构的能级和电荷传输能力，有效提升太阳能电池的性能。

技术研发人员：董庆顺,史彦涛
受保护的技术使用者：无锡众能光储科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15