[发明专利]一种高性能薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法

说明书

本发明一种钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法，涉及专门适用于将光能转换为电能的半导体器件，是一种具有电子阻挡结构层的钙钛矿异质结太阳电池，由透明导电薄膜、由致密二氧化钛构成的电子传输层、钙钛矿光吸收层、电子阻挡结构层、P型薄膜晶硅层和铝背电极构成，其中，在P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间加由P型氧化镍组成的电子阻挡结构层，钙钛矿光吸收层与电子阻挡结构层具备相匹配的能级。本发明克服了现有技术中的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池可能存在的漏电流和内部短路的缺陷，以及串联电阻影响效率的问题，还可以起到保护电池提高稳定性的作用。在满足电池器件整体工艺要求的情况下还实现了进一步减少薄膜晶硅界面复合、薄膜晶硅体内复合、进一步实现薄膜晶硅空穴传输层与电极之间欧姆接触，于是提高电池的光电性能，并保持环保、低成本的特性。

技术领域

本发明的技术方案涉及专门适用于将光能转换为电能的半导体器件，具体地说是一种钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

在现有的各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具前景的方向之一。太阳能具有绿色可持续、来源广泛、安全稳定等优势，有望成为传统化石燃料的新型替代能源。薄膜晶硅与钙钛矿构成的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，既克服了目前普通钙钛矿太阳电池因使用有机空穴传输材料而可能出现的稳定性难以满足室外稳定运行二十年的要求、以及存在有机空穴传输材料成本高的不足，又克服了常规的单晶硅、多晶硅太阳电池硅材料消耗大、成本难以与化石能源竞争的不足，还克服了非晶硅薄膜太阳电池的光电性能不够高以及材料缺陷多而造成光电性能下降的不足。

但薄膜晶硅与钙钛矿构成的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的光电转换率在各类太阳电池中并不突出，进一步提高薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的光电转换率，具有重要的实际商用价值。影响薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的光电转换率的重要原因是电池中钙钛矿光吸收层的导带位置与P型晶硅空穴传输层的导带位置相近。在光电转换过程中，存在光吸收层中钙钛矿光吸收层导带内的部分光生自由电子经过PN结界面进入P型晶硅空穴传输层的导带，从而引起光生自由电子在P型晶硅空穴传输层内部与空穴复合，引起光电器件光电转换性能的下降。此外，现有技术中的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的P型晶硅薄膜层存在大量表面态因而引起PN结界面上产生显著的电子空穴复合，宏观上形成PN结漏电流；第二，P型晶硅薄膜层存在大量表面态因而引起P型晶硅薄膜层与导电基底界面上产生显著的电子空穴复合，宏观上降低了光电转换效率；第三P型晶硅薄膜层内部存在较高缺陷密度而引起P型晶硅薄膜层内部产生显著的电子空穴复合。

所以，进一步提升薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的光电转换效率并保持环保、低成本的特性，具有重要的实际商用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新结构的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法，是一种具有电子阻挡结构层和铝底电极的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法，克服了现有技术中的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的光生自由电子进入P型晶硅空穴传输层内部与空穴复合导致光电转换性能下降的缺陷，同时还能减少因P型薄膜晶硅层存在大量表面态因而引起PN结界面上产生显著的电子空穴复合而在宏观上形成的PN结漏电流，并且还在满足电池器件整体工艺要求的情况下进一步减少薄膜晶硅界面复合、薄膜晶硅体内复合、进一步实现薄膜晶硅空穴传输层与电极之间欧姆接触，于是提高电池的光电性能，并保持环保、低成本的特性。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，是一种具有电子阻挡结构层和铝底电极的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，由铝底电极、P型薄膜晶硅层、电子阻挡结构层、钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层、透明导电薄膜顶电极构成，其中，电子阻挡结构层在P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间，由P型氧化镍薄膜构成；其组成顺序方式是：P型薄膜晶硅层置于铝底电极上面，电子阻挡结构层置于P型薄膜晶硅层的上面，钙钛矿光吸收层置于电子阻挡结构层上面，由致密二氧化钛构成的电子传输层置于钙钛矿光吸收层上面，由透明导电薄膜顶电极置于致密二氧化钛构成的电子传输层上面，以上六个功能层依次叠加，构成此一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。