一种图形化掺杂方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池与流程

本申请属于太阳能电池，更具体地说，是涉及一种图形化掺杂方法，以及由该图形化掺杂方法制备得到的晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池。

背景技术：

1、太阳能是一种备受瞩目的新型清洁能源，具有大量资源和低成本的优势。目前，光伏电池是将太阳能转化为电能最有效的方式之一，而单晶硅和多晶硅等太阳能电池已经有了比较成熟的产业化技术。近年来，晶硅/钙钛矿叠层技术已成为光伏技术领域的研究热点之一，备受广泛关注。这一技术的发展对提高太阳能电池的光电转换效率和降低制造成本具有重要意义，从而促进太阳能发电技术的进一步发展和应用。晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的理论有效光电转换效率高达40%以上，远高于晶体硅太阳能电池。晶硅/钙钛矿叠层技术的基本原理是将钙钛矿材料和晶硅材料堆叠在一起，形成一个异质结，利用钙钛矿材料的宽带隙、高吸收系数和高载流子迁移率，以及晶硅材料的稳定性和良好的电子传输性能，提高太阳能电池的光电转换效率。

2、目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率已经超过32%，虽然仍与理论值存在差距，但仍有很大的进步空间。其中，钙钛矿吸收层的能级优化为晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的重点之一。钙钛矿吸收层与其他功能层之间较大的功函数差距会引起大量的非辐射复合，从而导致电池器件的光电转换效率下降。上述问题可以采用掺杂方法，通过改变钙钛矿的功函数来得到解决。

3、现阶段常用的掺杂方法为溶液添加法，即在钙钛矿前驱体溶液中按比例添加掺杂剂，而后一体制备钙钛矿薄膜来进行掺杂。在该方法中，掺杂剂会均匀的分布在钙钛矿薄膜内，钙钛矿薄膜的功函数会呈现一致变动，很难同时匹配上下功能层的功函数。另外，掺杂剂也会影响前驱体溶液的物理化学特性，如熔点、蒸发点、粘度等，从而改变钙钛矿薄膜的溶液成膜机理，难以控制形成掺杂前的高质量钙钛矿薄膜。也有掺杂方法为：在已形成的钙钛矿薄膜上旋涂掺杂剂溶液来进行掺杂。该掺杂方法可以实现钙钛矿薄膜的纵向梯度掺杂，以使得钙钛矿的功函数同时匹配上下功能层，实现高效传输。然而，高掺杂浓度的钙钛矿，有着缺陷增多，光电性能降低的缺点。上表面全面积形成的高浓度掺杂钙钛矿，尽管跟功能层有着更为匹配的功函数，但是其增多的缺陷会阻碍其光电性能的提高。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种图形化掺杂方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，以解决相关技术中存在的：目前的掺杂方法易带来缺陷增多，光电性能降低，改变钙钛矿薄膜的溶液成膜机理的问题。

2、为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

3、一方面，提供一种图形化掺杂方法，包括步骤：

4、在基板上制备图形化掺杂剂层；

5、加热所述基板；

6、将所述基板上的所述图形化掺杂剂层热压至钙钛矿薄膜基底的表面；

7、将带有所述图形化掺杂剂层的所述基板与所述钙钛矿薄膜基底分离，以完成对所述钙钛矿薄膜基底的表面的图形化掺杂；

8、其中，所述钙钛矿薄膜基底的表面为钙钛矿吸收层。

9、在一个实施例中，于在基板上制备图形化掺杂剂层步骤中：采用蒸镀法将掺杂剂通过图形化掩膜版蒸发至所述基板上以形成所述图形化掺杂剂层。

10、在一个实施例中，所述图形化掩膜版上开设有多个通孔，多个所述通孔呈多排多列设置，各所述通孔的直径范围为1-100μm。

11、在一个实施例中，所述图形化掺杂剂层包括多个柱状图形化结构，多个所述柱状图形化结构呈多排多列设置。

12、在一个实施例中，于在基板上制备图形化掺杂剂层步骤中：蒸镀真空度范围为1-5×10-4pa，蒸镀温度范围在50-400℃，蒸发速率范围在0.05-1000å/s。

13、在一个实施例中，于加热所述基板步骤中：加热温度范围为50-200℃。

14、在一个实施例中，于将所述基板上的所述图形化掺杂剂层热压至钙钛矿薄膜基底的表面步骤中：压力范围为1-2000pa，持续时间为0-60h。

15、另一方面，提供一种晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，采用上述任一项所述的图形化掺杂方法制备，包括钙钛矿薄膜基底、设于所述钙钛矿薄膜基底之钙钛矿吸收层的表面的电子传输层、设于所述电子传输层的表面的缓冲层、设于所述缓冲层的表面的顶部电极层和设于所述顶部电极层的表面的减反射层。

16、在一个实施例中，所述钙钛矿薄膜基底包括衬底、设于所述衬底的表面的基底表面钝化层、设于所述基底表面钝化层的表面的n型基底掺杂层、设于所述n型基底掺杂层的表面的隧穿层、设于所述隧穿层的表面的空穴传输层、所述钙钛矿吸收层、设于所述衬底的底面的基底底面钝化层、设于所述基底底面钝化层的底面的p型基底掺杂层和设于所述p型基底掺杂层的底面的底部电极层；所述钙钛矿吸收层设于所述空穴传输层的表面。

17、在一个实施例中，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法或者闪蒸法制备。

18、本申请实施例提供的图形化掺杂方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池至少具有以下有益效果：通过图形化掺杂方法在钙钛矿薄膜基底的表面形成图形化掺杂的钙钛矿吸收层，图形化掺杂的钙钛矿吸收层与其他功能层之间的功函数差距较小，更加适配于其他功能层，从而实现高效的电子空穴传输，也能避免缺陷增多问题，减少非复合损失。而且，该图形化掺杂方法是在形成钙钛矿薄膜基底之后再进行掺杂，因而不会改变钙钛矿薄膜基底的溶液成膜机理，不会改变已形成的钙钛矿薄膜基底的薄膜质量。由该图形化掺杂方法制备得到的晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池具有光电转换效率高，稳定性好的优点。

技术特征：

1.一种图形化掺杂方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的图形化掺杂方法，其特征在于，于在基板上制备图形化掺杂剂层步骤中：采用蒸镀法将掺杂剂通过图形化掩膜版蒸发至所述基板上以形成所述图形化掺杂剂层。

3.如权利要求2所述的图形化掺杂方法，其特征在于：所述图形化掩膜版上开设有多个通孔，多个所述通孔呈多排多列设置，各所述通孔的直径范围为1-100μm。

4.如权利要求1所述的图形化掺杂方法，其特征在于：所述图形化掺杂剂层包括多个柱状图形化结构，多个所述柱状图形化结构呈多排多列设置。

5.如权利要求1所述的图形化掺杂方法，其特征在于，于在基板上制备图形化掺杂剂层步骤中：蒸镀真空度范围为1-5×10-4pa，蒸镀温度范围在50-400℃，蒸发速率范围在0.05-1000å/s。

6.如权利要求1所述的图形化掺杂方法，其特征在于，于加热所述基板步骤中：加热温度范围为50-200℃。

7.如权利要求1所述的图形化掺杂方法，其特征在于，于将所述基板上的所述图形化掺杂剂层热压至钙钛矿薄膜基底的表面步骤中：压力范围为1-2000pa，持续时间为0-60h。

8.晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项所述的图形化掺杂方法制备，包括钙钛矿薄膜基底、设于所述钙钛矿薄膜基底之钙钛矿吸收层的表面的电子传输层、设于所述电子传输层的表面的缓冲层、设于所述缓冲层的表面的顶部电极层和设于所述顶部电极层的表面的减反射层。

9.如权利要求8所述的晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿薄膜基底包括衬底、设于所述衬底的表面的基底表面钝化层、设于所述基底表面钝化层的表面的n型基底掺杂层、设于所述n型基底掺杂层的表面的隧穿层、设于所述隧穿层的表面的空穴传输层、所述钙钛矿吸收层、设于所述衬底的底面的基底底面钝化层、设于所述基底底面钝化层的底面的p型基底掺杂层和设于所述p型基底掺杂层的底面的底部电极层；所述钙钛矿吸收层设于所述空穴传输层的表面。

10.如权利要求8所述的晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸收层采用旋涂法或者闪蒸法制备。

技术总结
本申请提供了一种图形化掺杂方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池，该图形化掺杂方法包括：在基板上制备图形化掺杂剂层；加热基板；将图形化掺杂剂层热压至钙钛矿薄膜基底的表面；将基板与钙钛矿薄膜基底分离。通过图形化掺杂方法在钙钛矿薄膜基底的表面形成图形化掺杂的钙钛矿吸收层，图形化掺杂的钙钛矿吸收层与其他功能层之间的功函数差距较小，能适配于其他功能层，实现高效的电子空穴传输，也能避免缺陷增多问题，减少非复合损失。该图形化掺杂方法是在形成钙钛矿薄膜基底之后再进行掺杂，不会改变钙钛矿薄膜基底的溶液成膜机理，不会改变已形成的钙钛矿薄膜基底的薄膜质量。晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池具有光电转换效率高，稳定性好的优点。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳黑晶光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15