一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池制备，具体涉及一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能作为一种清洁能源，需要一定的器件才可以将这种能量转化成我们所需要的电能。其中较为常用的是太阳能电池。太阳能电池的基本工作原理是太阳光照射到电池材料表面时,光子能量被电池内部载流子吸收,导致载流子在电池里的分布情况发生改变,继而产生电压,连接正负极后即产生电流。太阳能电池分为非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池。钙钛矿太阳能电池属于新一代太阳能电池，其利用钙钛矿型的有机-无机杂化卤化物半导体材料作为吸光层。非晶硅薄膜太阳能电池具有较宽的吸收光谱，将非晶硅薄膜和钙钛矿进行叠层可以获得新型叠层太阳能电池，有利于提升太阳能电池的光电转换效率。

2、然而现有非晶硅薄膜和钙钛矿叠层太阳能电池，其在空穴传输层和钙钛矿层之间的界面处会存在大量的缺陷，这些缺陷会捕获并限制光生自由载流子，促使光生载流子在界面缺陷处复合，进而造成电池开路电压较低，同时会进一步限制电池光电转换效率的提高。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服上述非晶硅薄膜和钙钛矿叠层太阳能电池制备过程中由于空穴传输层和钙钛矿层之间的界面处存在的大量缺陷会造成电池开路电压较低，同时会进一步限制电池光电转换效率的提高的缺陷，从而提供一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池及其制备方法。

2、为了解决上述问题，本发明方案如下：

3、一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

4、1)在玻璃基片上形成第一透明电极层，然后依次在第一透明电极层上形成p型非晶硅层、i型非晶硅层、n型非晶硅层、第二透明电极层和空穴传输层；

5、2)在空穴传输层上利用激光划刻若干凹槽；

6、3)将二烯丙基醚、1-h-5-氨基吡唑(cas号1820-80-0)和有机溶剂混合，加入三乙胺调节溶液ph值为8-9，得到混合溶液；将经过步骤2)处理获得的基片置于50-55℃环境中，将上述混合溶液旋涂于空穴传输层表面，旋涂结束后在50-55℃下静置1-3h以在空穴传输层表面形成超支化聚合物层；

7、4)在超支化聚合物层上依次形成钙钛矿层、电子传输层、第三透明电极层和背电极层，得到太阳能电池。

8、本发明超支化聚合物结构示意图如下所示：

9、

10、优选的，所述凹槽的数量为2-5个。

11、优选的，所述凹槽深度为2-8纳米，宽度为0.01-0.03mm。

12、优选的，二烯丙基醚和1-h-5-氨基吡唑的摩尔比为(3-3.5):1；

13、1-h-5-氨基吡唑和有机溶剂的质量比为(1-5):100。

14、优选的，所述有机溶剂为丙酮；

15、步骤3)中旋涂转速为2000-3000rpm，旋涂时间为100-300s。

16、优选的，超支化聚合物层厚度为2-10纳米。

17、优选的，

18、步骤3)静置结束后还包括将基片降温至室温，用二氯甲烷洗涤超支化聚合物层表面，然后在70-80℃下干燥10-50min的步骤。

19、优选的，

20、所述第一透明电极层为硼掺杂氧化锌薄膜，厚度为700-750纳米；

21、p型非晶硅层为掺硼的氢化碳化非晶硅膜，厚度为20-30纳米；

22、i型非晶硅层为氢化非晶硅膜，厚度为600-650纳米；

23、n型非晶硅层为掺磷的氢化非晶硅膜，厚度为40-50纳米；

24、第二透明电极层为氧化铟锡薄膜，厚度为100-130纳米；

25、第三透明电极层为氧化铟锡薄膜，厚度为100-130纳米；

26、背电极层为铝膜，厚度为800-850纳米。

27、本发明所述p型非晶硅层材料、i型非晶硅层材料以及n型非晶硅层材料均为现有常规材料，也可通过现有常规方法制备得到。

28、优选的，

29、空穴传输层材料为2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(cas号207739-72-8)，厚度为30-40纳米；

30、钙钛矿层材料为ch(nh2)2pbi3，厚度为100-130纳米；

31、电子传输层材料为二氧化钛，厚度为60-70纳米。

32、本发明还提供一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池，由上述所述的制备方法制备得到。

33、本发明技术方案，具有如下优点：

34、本发明提供的非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池的制备方法，通过在空穴传输层2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-meotad)上划刻凹槽，然后将二烯丙基醚、1-h-5-氨基吡唑在空穴传输层表面原位聚合，原位聚合过程中超支化聚合物可嵌入凹槽内与spiro-meotad通过氢键等作用紧密结合，同时形成稳定的、含有紧密分布的氮、氧超支化聚合物层，最后在超支化聚合物层上形成钙钛矿层ch(nh2)2pbi3；本发明通过在空穴传输层表面划刻凹槽并原位聚合形成特定的超支化聚合物层可有效降低缺陷态密度，减少光生载流子在界面缺陷处复合，从而提高电池的开路电压，以及光电转换效率。

技术特征：

1.一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽的数量为2-5个。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽深度为2-8纳米，宽度为0.01-0.03mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二烯丙基醚和1-h-5-氨基吡唑的摩尔比为(3-3.5):1；

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮；

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，超支化聚合物层厚度为2-10纳米。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

10.一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种非晶硅薄膜和钙钛矿叠层的新型太阳能电池及其制备方法。本发明提供的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：在玻璃基片上形成第一透明电极层，然后依次在第一透明电极层上形成P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层、第二透明电极层和空穴传输层；在空穴传输层上利用激光划刻若干凹槽；将二烯丙基醚、1‑H‑5‑氨基吡唑和有机溶剂混合，调节溶液pH值；将混合溶液旋涂于空穴传输层表面以形成超支化聚合物层；在超支化聚合物层上依次形成钙钛矿层、电子传输层、第三透明电极层和背电极层，得到太阳能电池。本发明的方法可有效提高电池的开路电压和光电转换效率。

技术研发人员：佘剑平,戴国清,佘金荣
受保护的技术使用者：莆田市威特电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13