一种空穴传输层掺杂方法、叠层太阳能电池及制备方法与流程

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，特别是涉及一种空穴传输层掺杂方法、叠层太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、太阳能是一种备受瞩目的清洁能源，其具有资源丰富和低成本的优势。光伏电池是将太阳能转化为电能最有效的方式之一，单晶硅和多晶硅等太阳电池已经有了相对成熟的产业化技术。近年来，钙钛矿/晶硅叠层技术已成为光伏技术领域的研究热点，备受广泛关注。该技术的发展对于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/钙钛矿叠层太阳电池的理论有效光电转换效率高达40%以上，远超晶体硅太阳电池。该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，可以提高太阳能电池的光电转换效率。目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳电池的光电转换效率已经达到33%以上，但与理论值仍存在差距，因此仍有很大的进步空间。目前行业内普遍认为，优化叠层结构，是继续提升叠层太阳电池的效率的重点方向。

2、目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳电池常采用全覆盖的透明导电氧化物薄膜作为中间隧穿层。该中间隧穿层层的厚度常为10-100nm左右，其对于300-1200nm的光透过率通常在90%以下，这造成了器件在吸光方面的损失。从另一方面讲，高效的晶硅/钙钛矿叠层太阳电池要求其中间隧穿层有着较好的纵向导通性而非横向导通性。全覆盖的中间隧穿层能够横向导通电子和空穴，这一特性会造成一定的非复合损失，从而降低器件的效率。

3、如果取消隧穿层，直接让钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层与topcon底电池中的n型多晶硅（n+-poly-si）接触， 会产生较大的接触电阻和复合损失，从而影响太阳能电池的性能。这是因为现在叠层中广泛使用的钙钛矿空穴传输层一般为由溅射法或旋涂法所制备的氧化镍或有机小分子膜层。该膜层能使得钙钛矿顶电池具有高效的器件性能，然而其在叠层中与底电池中的n型多晶硅（n+-poly-si）无法形成较好的欧姆接触和能级匹配。

4、因此，需要研究一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种空穴传输层掺杂方法、叠层太阳能电池及制备方法，其通过提供一种基于无隧穿层的钙钛矿太阳能电池；通过无隧穿层结构的设置，可以带来更高的光透过率，从而减少器件在吸光方面的损失，提升光电性能；同时，在钙钛矿太阳能电池中制备了混合掺杂空穴传输层，该混合掺杂空穴传输层可以直接与topcon晶硅底电池中的n型多晶硅（n+-poly-si）形成良好的欧姆接触；混合掺杂空穴传输层可以与n型基底掺杂层形成良好的欧姆接触和致密的界面，而可以起到取代隧穿层的作用，其底电池中的所产生的电子可以和混合掺杂空穴传输层中所产生的空穴在该界面上高效复合。

2、为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

3、一种空穴传输层掺杂方法，包括底电池，所述底电池具有n型多晶硅层；在所述n型多晶硅层的表面制备有空穴传输层；制备空穴传输层包括有如下步骤：

4、s1，将底电池置于磁控溅射设备中，使用o2和ar作为工作气体，所述o2和ar比例为1:10至5：5之间；在所述n型多晶硅层的表面制备重氧掺杂的重氧掺杂空穴传输层，所述重氧掺杂空穴传输层厚度为0-5nm；

5、s2，将所述o2和ar的比例调整为1:100至1：10之间；在所述重氧掺杂空穴传输层的表面制备轻氧掺杂的轻氧掺杂空穴传输层，所述轻氧掺杂空穴传输层厚度为0-30nm。

6、作为一种优选方案，所述磁控溅射设备的真空度为5×10-5-2×10-4pa；其中：

7、在s1中，所述磁控溅射设备的功率为30-90w，溅射时间为0-3000s；

8、在s2中，所述磁控溅射设备的功率为30-90w，溅射时间为0-10000s。

9、作为一种优选方案，所述重氧掺杂空穴传输层厚度为1nm，氧掺杂比例为10%；所述轻氧掺杂空穴传输层厚度为19nm,氧掺杂比例为3%；

10、或者，所述重氧掺杂空穴传输层厚度为3nm，氧掺杂比例为10%；所述轻氧掺杂空穴传输层厚度为17nm,氧掺杂比例为3%；

11、或者，所述重氧掺杂空穴传输层厚度为5nm，氧掺杂比例为10%；所述轻氧掺杂空穴传输层厚度为17nm,氧掺杂比例为3%；

12、或者，所述重氧掺杂空穴传输层厚度为3nm，氧掺杂比例为20%；所述轻氧掺杂空穴传输层厚度为17nm,氧掺杂比例为3%。

13、一种叠层太阳能电池，包括有从下至上依次设置的第一金属电极层、第一透明电极层、p型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、n型基底掺杂层、混合掺杂空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层；所述混合掺杂空穴传输层为采用前述的一种空穴传输层掺杂方法制备的空穴传输层。

14、作为一种优选方案，所述混合掺杂空穴传输层为氧化镍(niox)、三氧化钼(moo3)、氧化钒（vox）中的至少一种。

15、一种叠层太阳能电池的制备方法，包括有如下步骤：

16、步骤一，在所述硅衬底背面制备基底钝化层；

17、步骤二，在所述基底钝化层背面制备p型基底掺杂层；

18、步骤三，在所述p型基底掺杂层背面制备第一透明电极层；

19、步骤四，在所述第一透明电极层背面制备第一金属电极层；

20、步骤五，在所述硅衬底表面制备基底表面钝化层；

21、步骤六，在所述基底表面钝化层表面制备n型基底掺杂层；

22、步骤七，在所述n型基底掺杂层表面制备混合掺杂空穴传输层；

23、步骤八，在所述混合掺杂空穴传输层表面制备钙钛矿吸收层；

24、步骤九，在所述钙钛矿吸收层表面制备钝化层；

25、步骤十，在所述钝化层表面制备电子传输层；

26、步骤十一，在所述电子传输层表面制备缓冲层；

27、步骤十二，在所述缓冲层表面制备第二透明电极层；

28、步骤十三，在所述第二透明电极层表面制备第二金属电极层；

29、步骤十四，在所述第二金属电极层表面制备减反射层。

30、作为一种优选方案，步骤三，所述第一透明电极层采用磁控溅射法制备；

31、步骤四，所述第一金属电极层采用蒸镀法制备；

32、步骤八，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法或闪蒸法或蒸镀法制备；

33、步骤九，所述钝化层采用蒸镀法或旋涂法或喷涂法制备；

34、步骤十，所述电子传输层采用旋涂法或喷墨法或蒸镀法制备；

35、步骤十一，所述缓冲层采用旋涂法或原子层沉积法或蒸镀法制备；

36、步骤十二，所述第二透明电极层采用磁控溅射法或蒸镀法制备；

37、步骤十三，所述第二金属电极层采用蒸镀法制备；

38、步骤十四，所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法制备。

39、作为一种优选方案，在步骤三制备所述第一透明电极层中：将制备完p型基底掺杂层、基底钝化层、基底表面钝化层和n型基底掺杂层的硅衬底置于磁控溅射设备中，控制功率在50-200w之间；

40、在步骤四制备所述第一金属电极层中：将完成步骤三的基底样片放置于掩模版上进行蒸镀，蒸镀真空度为5×10-5-2×10-4pa，蒸镀温度在500-2000℃，蒸发速率为0.1-5å/s；

41、在步骤八中，采用旋涂法制备所述钙钛矿吸收层：首先，制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在混合掺杂空穴传输层表面，然后使用反溶剂进行动态旋涂，旋涂转速为1200-6000rpm，旋涂时间为20-120s，反溶剂滴定时间为开始转速后的10-50s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为50-150℃，退火时间为5-40min；

42、或者，采用闪蒸法制备所述钙钛矿吸收层：首先，制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层表面，旋涂转速为1000-6000rpm，旋涂时间为20-120s；旋涂结束后，进行闪蒸操作，闪蒸时间为10-60s，闪蒸温度为0-100℃，闪蒸结束后，进行退火处理，退火温度为50-150℃，退火时间为5-40min；

43、或者，采用蒸镀法制备所述钙钛矿吸收层：首先，制备钙钛矿前驱粉末，将钙钛矿前驱粉末蒸发至前述混合掺杂空穴传输层表面，蒸镀真空度在1×10-4pa-3×10-4pa之间，蒸镀温度为200-700℃；所述钙钛矿前驱液，为abx3结构的钙钛矿与有机溶剂进行溶解，浓度在1.5-2m之间。

44、在步骤九中，采用蒸镀法制备所述钝化层：将丙二胺碘蒸发至所述钙钛矿吸收层表面，蒸镀真空度为1×10-4-5×10-4pa，蒸镀温度在50-400℃，蒸发速率在0.05-1å/s；蒸发结束后，进行退火操作，退火温度为0-150℃，退火时间为0-30min；

45、或者，采用旋涂法制备所述钝化层：将钝化层分散液均匀涂覆在钙钛矿吸收层表面，将丙二胺碘溶于有机溶剂中，进行超声溶解并旋涂，丙二胺碘浓度为0.1-6mg/ml，超声时间为0-30min，旋涂转速为1000-7000rpm，旋涂时间为20-120s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为40-160℃，退火时间为5-40min；

46、或者，采用喷涂法制备所述钝化层：将钝化层分散液喷涂在钙钛矿吸收层，喷涂速率为0-100cm/s，喷涂结束后，进行退火操作，退火温度为20-170℃，退火时间为0-30min；

47、在步骤十中，采用旋涂法制备所述电子传输层：将电子传输层分散液均匀涂覆在钝化层表面，旋涂转速为500-4000rpm，旋涂时间为10-80s；

48、或者，采用蒸镀法制备所述电子传输层：将电子传输层材料蒸发至所述钝化层表面，蒸镀真空度为5×10-5-5×10-4pa，蒸镀温度在100-400℃之间，蒸发速率在0.05-1å/s之间；

49、在步骤十一中，采用原子层沉积法制备所述缓冲层：将缓冲层材料利用原子层沉积设备沉积至电子传输层表面，沉积真空度为0×10-4-1×10-4pa,沉积管道温度在50-150℃之间，沉积腔室温度为40-150℃；

50、或者，采用蒸镀法制备所述缓冲层：将缓冲层材料蒸发至所述电子传输层表面，蒸镀真空度为6×10-5-4×10-4pa，蒸镀温度为100-500℃之间，蒸发速率在0.05-1å/s之间；

51、在步骤十二中，采用磁控溅射法制备所述第二透明电极层：将第二透明电极层材料溅射至所述缓冲层表面，控制功率为30-200w；

52、或者，采用蒸镀法制备所述第二透明电极层：将第二透明电极层材料蒸发至所述缓冲层表面，蒸镀真空度为1×10-5-5×10-4pa，蒸镀温度在1000-2000℃之间，蒸发速率在0.05-3å/s之间。

53、作为一种优选方案，在步骤八中，所述钙钛矿材料的化学式为abx3，其中：a是阳离子，且a为甲基铵（ma）、甲酰胺（fa）、cs、rb中的至少一种；

54、b是金属阳离子pb；x为选自br、cl和i组成的组的卤化物阴离子。

55、作为一种优选方案，在步骤八中，所述钙钛矿材料为cs0.05rb0.05fa0.765ma0.135pbi2.55br0.45、cs0.1fa0.765ma0.135pbi2.4br0.6、cs0.1fa0.765ma0.135pbi2.22br0.78、 cs0.1fa0.765ma0.135pbibr中的至少一种。

56、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是提供一种基于无隧穿层的钙钛矿太阳能电池；通过无隧穿层结构的设置，可以带来更高的光透过率，从而减少器件在吸光方面的损失，提升光电性能；

57、同时，在钙钛矿太阳能电池中制备了混合掺杂空穴传输层，该混合掺杂空穴传输层可以直接与topcon晶硅底电池中的n型多晶硅（n+-poly-si）形成良好的欧姆接触；

58、还有，该混合掺杂空穴传输层可以与n型基底掺杂层形成良好的欧姆接触和致密的界面，而可以起到取代隧穿层的作用，其底电池中的所产生的电子可以和混合掺杂空穴传输层中所产生的空穴在该界面上高效复合。

59、本发明也对于混合掺杂空穴传输层的厚度和掺杂浓度也进行了优化；优化结果表明，对于该种工艺，其混合掺杂空穴传输层的重氧掺杂层厚度在3nm，掺杂浓度为20%的时候，光电转化效率最高。

60、为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。