[发明专利]一种钙钛矿／硅异质结叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池及其制备方法，太阳能电池包括硅基子电池和层叠设于硅基子电池上的钙钛矿子电池，所述硅基子电池与钙钛矿子电池之间设有由p型重掺杂非晶硅层和n型重掺杂非晶硅层形成的中间层或复合结。本发明通过采用p型重掺杂非晶硅层和n型重掺杂非晶硅层作为载流子复合结。一方面大幅度减少制备和设备成本，另一方面可以提高叠层电池的光电流密度和转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池具有高吸收系数(10⁵cm^-1)、高开路电压(1.2eV)，带隙可调(1.2～2.3eV)，可叠层应用、可溶液法制备等优势。钙钛矿太阳能电池从2009年开始，经过十余年的研发，单节电池效率不断刷新记录，单节从3.8％增长到25.5％，稳定性从开始持续数分钟，发展至现在万小时。硅基异质结太阳能电池具有高转换效率、高长波光谱响应等特点，现在效率已经达到25％以上。

虽然单节太阳能电池已经达到了25％以上的效率，但是任何一种太阳能电池所使用的光电转化材料单一，理论效率由其禁带宽度决定，都有一个效率理论极限。单节钙钛矿理论效率极限在33％，异质结晶硅太阳能电池的理论效率极限在29％。这是由于太阳光光谱中的能量分布较宽，现有的任何一种材料都只能吸收能量比其能带值高的光子。因此，太阳光中能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；而另外一部分的高能光子超出禁带宽度的多余能量将激发声子成为热损耗，也就是说高能光子不能充分利用。这些能量损失限制了太阳能电池的效率。

然而，将不同带隙宽度的太阳能电池按照带隙宽度大小逻辑，从上到下串联起来构成多结叠层电池是克服低能和高能损耗的最佳技术方案，也是突破单节电池光电转化效率的最直接的手段。采用钙钛矿与硅基异质结叠层太阳能电池器件理论上可获得高于40％的高光电转换效率。通常的两端子的钙钛矿/异质结硅叠层太阳能电池一般使用透明导电层金属氧化物作为顶部的钙钛矿太阳电池和底部的异质结硅太阳电池的中间层(或者复合层、隧穿层)，如中国专利CN 215680694 U中采用隧穿结108的材质为ITO、IZO、AZO、IWO、ICO或其他透明薄膜材料；专利CN 213150795 U，采用透明导电层和重掺杂硅层作为中间复合层，一方面这会增加制备和设备成本，另一方面金属氧化物对于近红外光谱的吸收比较大，会影响硅电池的光电流。因此，有必要开发新的复合层来提高叠层电池的光电流，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池及其制备方法，以解决钙钛矿叠层太阳能电池的光电转化效率不高的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，包括硅基子电池和层叠设于硅基子电池上的钙钛矿子电池，所述硅基子电池与钙钛矿子电池之间设有由p型重掺杂非晶硅层和n型重掺杂非晶硅层形成的中间层或复合结。

所述p型重掺杂非晶硅层的厚度为1～30nm，掺杂浓度为10¹⁸–10²⁰cm^-3；所述n型重掺杂非晶硅层的厚度为1～30nm，掺杂浓度为10¹⁸–10²⁰cm^-3。

所述叠层太阳能电池为正式叠层结构，所述硅基子电池包括由下到上依次层叠设置的第一金属电极、第一透明导电层、n型掺杂非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型单晶硅层和第二本征非晶硅层，所述钙钛矿子电池包括由下到上依次层叠设置的第一电子传输层、第二电子传输层、钙钛矿吸光层、第一空穴传输层、第二空穴传输层、第二透明导电层和第二金属电极层，所述中间层或复合结为由下到上依次层叠设置在第二本征非晶硅层与第一电子传输层之间的p型重掺杂非晶硅层和n型重掺杂非晶硅层。