[发明专利]基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池。硅叠层太阳能电池包括：硅底电池和二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池叠层设置于所述硅底电池之上，所述二维钙钛矿顶电池包括依次远离所述硅底电池的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极。将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠结构方式形成叠层电池，叠层电池中的二维钙钛矿顶电池与硅底电池可以独自独立工作，互不干扰。使用二维钙钛矿作为吸光层，具有显著的稳定性，可以提高器件的整体可靠性。此外，由于使用机械堆叠结构叠层方式避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体地讲，涉及一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池。

背景技术

晶硅太阳能电池是第一代太阳能电池，经过数十年发展，技术已经非常成熟。目前，95％的光伏市场份额被晶硅太阳能电池所占据。实验室报导的最好的晶硅太阳能电池的光电转化效率已经达到26.6％，非常接近它的理论光电转化效率极限29.4％。在物理法则下，晶硅电池的效率提升之路正变得越来越窄。为了实现更高的光电转换效率，越来越多的研究开始关注将晶硅电池与其它的高效率电池组成叠层电池。

叠层电池技术旨在改善较宽的太阳光谱范围与单一半导体局限的吸收边限不相匹配的问题。晶硅太阳能电池的主吸光波段为300-1100nm，而其在短波和长波波段的能量损失已经超过太阳辐射能量的51％。通过引入宽带隙半导体吸光材料作为顶电池，晶硅作为底电池，构筑的叠层太阳能电池能够分段高效利用太阳光谱能量，实现电池效率的有效提升。叠层电池由一个高带隙子电池和一个低带隙子电池组成。低带隙子电池拓宽了太阳光光子的利用率；高带隙子电池减少了半导体捕获高能光子后电子跃迁后驰豫过程的热能损失。因此叠层电池具有比单结电池更高的极限光电转化效率。钙钛矿的带隙可以在1.4-2.3eV之间灵活调节，使其成为非常理想的叠层电池子电池材料。

然而，传统三维钙钛矿太阳能电池在湿、热、持续光照条件下的稳定性较低，限制了钙钛矿太阳能电池的商业化发展。

发明内容

(一)本发明所要解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：如何提供一种具有高稳定性的叠层太阳能电池结构。

(二)本发明所采用的技术方案

一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，所述硅叠层太阳能电池包括硅底电池和二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池叠层设置于所述硅底电池之上，所述二维钙钛矿顶电池包括依次远离所述硅底电池的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极。

优选地，所述硅底电池为N型异质结HIT硅电池或钝化接触TOPCon电池。

优选地，所述第一传输层为电子传输层且所述第二传输层为空穴传输层，或者，所述第一传输层为空穴传输层且所述第二传输层为电子传输层。

优选地，所述电子传输层采用n型半导体材料，所述空穴传输层采用p型半导体材料。

优选地，所述二维钙钛矿吸光层(1-3)的材料为具有不同组分的RP型(RNH3)₂A_n-1B_nX_3n+1，其中，n＝1，2，3，4…；或者DJ型A′(MA)_m-1Pb_mI_3m+1，其中，m＝1，2，3，4…。

优选地，所述第一透明电极和所述第二透明电极为氧化铟锡、氟掺杂的二氧化硅导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃中的任一种，厚度为100nm～180nm。

优选地，所述第一透明电极和所述第二透明电极为金属透明电极，厚度为9nm～11nm。