一种钙钛矿晶硅HJT叠层电池的制作方法

本发明涉及钙钛矿太阳能叠层电池，具体涉及一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池。

背景技术：

1、近年来，随着钙钛矿太阳能电池产业化的快速发展，晶硅和钙钛矿作为单结电池中实现高效率的最具性价比的两种材料，由此，钙钛矿/晶硅电池是下一代工业化光伏电池的最具潜力的技术路线。其中，钙钛矿/晶硅hjt叠层电池利用钙钛矿电池材料的宽带隙将钙钛矿电池材料设置于硅基电池上方，能吸收硅基电池难以吸收的位于短波段的高能光子，从而更大限度地利用太阳入射光，进而提高光伏电池效率，且拥有更高的理论效率极限，hjt由于具备良好的非晶硅钝化层、对称结构以及透明导电氧化物（tco），与钙钛矿层最为适配。

2、目前，钙钛矿/晶硅hjt叠层电池结构通常为钙钛矿电池与异质结薄膜晶硅底电池直接连通的结构，电池正负极分别位于电池两端，相当于晶硅底电池与钙钛矿电池串联连接。钙钛矿/晶硅叠层电池的理论效率主要取决于钙钛矿电池的性质以及电池的结构等，而钙钛矿电池自下而上包括空穴传输层、电子传输层、透明导电层和顶电极，钙钛矿电池的工作原理是：当光照射在钙钛矿上，电子通过空穴传输层传输到电极然后被吸收。

3、目前，多采用ptaa和spiro-ometad作为空穴传输层材料，但二者使用过程中载流子迁移率过低，需掺杂助剂（li-tfs）以提高迁移率，但助剂在ptaa和spiro-ometad对应溶剂（氯苯）中的溶解度又较低，需要另外加溶剂（tbp）和氧化剂以提高助剂溶解度，但添加的助剂和溶剂会吸收水蒸气分子，从而使钙钛矿电池失效。

4、现有技术中，cn115232291a提供了一种改性空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，采用分子量介于15000-25000的ptaa作为空穴传输材料，提高ptaa空穴传输层对载流子的传输能力，但ptaa在使用过程中仍需要掺杂助剂（li-tsf）和溶剂（tbp）以提高ptaa的迁移率，助剂和溶剂的加入会吸收水分子导致钙钛矿电池失效，从而导致器件寿命过短。cn106129256b公开了一种以黑磷为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用二硫化钛掺杂黑磷烯，二硫化钛只能减少黑磷烯空穴传输层的晶体缺陷，从而提高光电转换效率，但黑磷烯在光照条件下，更易于与水氧反应发生降解，稳定性差，二硫化钛并未改善黑磷烯的稳定性。cn106129256b公开了一种以黑磷/石墨烯为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池级制备方法，其在钙钛矿吸光层上先后沉积黑磷层和石墨烯层，并在黑磷和石墨烯中掺杂金属ti或mo，以提高载流子的传输效率，但并未解决黑磷烯易降解、不稳定的问题。

5、因此，需要一种掺杂改性的空穴传输材料用于钙钛矿晶硅hjt叠层电池，以提高空穴传输层的空穴迁移率和稳定性，从而提高钙钛矿/晶硅hjt叠层电池的光电转换效率。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池。采用聚萘酰亚胺、cu元素和sc元素对黑磷烯进行掺杂改性，既能使得黑磷烯中的孤电子得以配位形成电子对，又能对黑磷烯进行化学修饰，提高黑磷烯的隔绝水氧的能力，从而提高其稳定性，使得黑磷烯的电学性能得以充分利用，同时，通过在黑磷烯上金属元素和聚萘酰亚胺的掺杂改性，可增加其空穴传输效率，从而增强钙钛矿hjt叠层电池的光电转换效率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池，包括：

4、晶硅电池和钙钛矿电池，所述钙钛矿电池位于晶硅电池的上方；所述钙钛矿电池包括自上而下设置的电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第一导电基底，所述空穴传输层由空穴传输层材料制得；

5、所述空穴传输层材料由如下方法制备而成：

6、（1）将黑磷粉末、cucl溶液、sc(no3)3溶液混合后，经超声处理后，得分散液；离心分散液，收集离心所得沉淀物，得改性黑磷烯；

7、（2）将改性黑磷烯、聚萘酰亚胺和水混合后进行反应，待反应结束后过滤，收集过滤后的固体，烘干，即得空穴传输层材料。

8、优选的，步骤（1）中，cucl溶液的制备方法为：将cucl置于n-甲基吡咯烷酮中，混匀，即得cucl溶液；所述cucl溶液的浓度为4×10-3-6×10-3mol/l。

9、优选的，步骤（1）中，sc(no3)3溶液的制备方法为：将sc(no3)3置于n-甲基吡咯烷酮中，混匀，即得sc(no3)3溶液；所述sc(no3)3溶液的浓度为4×10-3-6×10-3mol/l。

10、优选的，步骤（1）中，所述黑磷粉末、cucl溶液和sc(no3)3溶液的加入量为1mg：（1.5-2.5）ml：（1.5-2.5）ml。

11、优选的，步骤（1）中，超声处理的操作为：在氮气氛围和冰水浴下，于200-400w超声功率，超声处理8-12h。

12、优选的，步骤（1）中，离心处理的操作为：将分散液先于1800-2200rpm下离心20min，再于10000-15000rpm下离心30min。

13、优选的，步骤（2）中，改性黑磷烯、聚萘酰亚胺和水的加入量为100mg：（0.5-1.5）mg：（120-150）ml。

14、优选的，步骤（2）中，反应温度为60-80℃，反应时间为1-2h。

15、优选的，步骤（2）中，聚萘酰亚胺的制备方法为：将苯二胺、1,8萘二酐、苯甲酸混合后，于180℃反应9h，再加入异喹啉反应9h，待反应结束后，向反应后的溶液中加入乙醇溶液，浸泡24h后，过滤，120℃下干燥，即得聚萘酰亚胺。

16、进一步优选的，苯二胺、1,8萘二酐、苯甲酸和异喹啉的物质的量比值为1:1:2:2。

17、优选的，步骤（2）中，烘干温度为40-50℃，烘干时间为20-40min。

18、优选的，所述晶硅电池自上而下依次设有n型非晶硅薄膜、第一i型非晶硅薄膜、单晶硅光吸收层、第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、第二导电基底。

19、优选的，所述空穴传输层由如下方法制备而成：将空穴传输层材料溶于乙醇中，得混合液，将混合液旋涂于第一导电基底上，退火，即得空穴传输层。

20、进一步优选的，所述空穴传输层材料与乙醇的料液比为1mg：（8-12）ml；旋涂转速为3000-4000rpm，旋涂时间为20-30s；退火时间为100-110℃，退火时间为10min。

21、本发明的有益效果：

22、本发明采用黑磷烯作为空穴传输层材料，并采用聚萘酰亚胺、cu元素和sc元素对其进行掺杂改性。通过掺杂改性，使得黑磷烯孤电子得以配位形成电子对，同时还可对黑磷烯进行化学修饰，增强黑磷烯的稳定性，使得黑磷烯的电学性能得以充分利用，同时，通过在黑磷烯上金属和聚萘酰亚胺的掺杂改性，可增加其空穴传输效率，从而增强钙钛矿hjt叠层电池的效率。

技术特征：

1.一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，步骤（1）中，cucl溶液的制备方法为：将cucl置于n-甲基吡咯烷酮中，混匀，即得cucl溶液；所述cucl溶液的浓度为4×10-3-6×10-3mol/l；

3.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，步骤（1）中，所述黑磷粉末、cucl溶液和sc(no3)3溶液的加入量为1mg：（1.5-2.5）ml：（1.5-2.5）ml。

4.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，步骤（1）中，超声处理的操作为：在氮气氛围和冰水浴下，于200-400w超声功率，超声处理8-12h。

5.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，步骤（2）中，改性黑磷烯、聚萘酰亚胺和水的加入量为100mg：（0.5-1.5）mg：（120-150）ml。

6.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，步骤（2）中，反应温度为60-80℃，反应时间为1-2h。

7.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，所述晶硅电池自上而下依次设有n型非晶硅薄膜、第一i型非晶硅薄膜、单晶硅光吸收层、第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、第二导电基底。

8.如权利要求1所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，所述空穴传输层由如下方法制备而成：将空穴传输层材料溶于乙醇中，得混合液，将混合液旋涂于第一导电基底上，退火，即得空穴传输层。

9.如权利要求8所述的钙钛矿晶硅hjt叠层电池，其特征在于，空穴传输层材料与乙醇的料液比为1mg：（8-12）ml；旋涂转速为3000-4000rpm，旋涂时间为20-30s；退火时间为100-110℃，退火时间为10min。

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿晶硅HJT叠层电池，涉及钙钛矿晶硅叠层电池领域。所述钙钛矿晶硅HJT叠层电池包括晶硅电池和钙钛矿电池，所述钙钛矿电池位于晶硅电池的上方，所述钙钛矿电池包括自上而下设置的电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第一导电基底。本发明采用Cu元素、Sc元素和聚萘酰亚胺对黑磷烯进行掺杂改性，制得空穴传输层材料，以提高空穴传输层的空穴迁移率和稳定性，从而提高钙钛矿/晶硅HJT叠层电池的光电转换效率。

技术研发人员：任现坤,丁亮,王建伟,王象河,范作永,吕岩,陈冲,曹振,朱红,丁相萍
受保护的技术使用者：临沂力诚新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6