[发明专利]薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法

说明书

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，具体地说是薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法。

背景技术

采用薄膜晶硅与钙钛矿构成的薄膜晶硅钙钛矿复合太阳电池，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稳定性不足、制备成本高的问题，又克服了使用体块晶硅材料为空穴传输材料的钙钛矿太阳电池硅材料使用量大的缺点，同时又克服了使用非薄膜晶硅为空穴传输材料的钙钛矿太阳电池因非晶硅材料缺陷多而造成性能下降的缺点，于是提高了太阳电池的稳定性，降低了成本。CN201410568822.X公开了全固态钙钛矿微晶硅复合太阳电池及其制备方法，但其存在如下不足：第一，微晶硅的沉积速率比较慢，一般不超过5埃每秒，沉积速度影响了生产效率和成本。要大规模工业生产微晶硅薄膜，还需要微晶硅薄膜制备技术进一步提高速度；第二，微晶硅本质上是硅的微小晶体颗粒与非晶的混合相，其晶界和内表面上的悬挂键和缺陷都是光生载流子的复合中心。与晶体硅材料相比，微晶硅内部的光生载流子的复合使微晶硅材料制备成的太阳电池器件的开路电压等性能受到了限制。

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。此外，在长期运行中，P型晶硅薄膜直接与钙钛矿材料接触，钙钛矿材料晶界上的杂质以及水汽等其他杂质将扩散进入晶硅薄膜导致电池性能下降。另外，其制备中由于客观存在的实际工艺制作误差和高温处理带来的应力变形，在厚度均仅为几十纳米至几十微米的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，其构成中的导电基底、P型晶硅薄膜、钙钛矿层、电子传输层和顶电极各功能层之间存在实际制备中不连续的情况，导致实际制备的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中存在钙钛矿层与导电基底的直接接触、P型晶硅薄膜层与电子传输层存在直接接触、P型晶硅薄膜层与顶电极的直接接触、导电基底与顶电极的直接接触，可能造成电池内钙钛矿层与导电基底短路，P型晶硅薄膜层与电子传输层短路，甚至是导电基底与顶电极短路，引起电子注入外电路的效率下降，电池效率下降。

另外，现有的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中均使用基于玻璃基底的AZO、ITO或FTO为透明导电基底，起到支撑电池和电池电极的作用。然而，受限于玻璃材质所能承受的最高温度，许多制备薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的新工艺受到如下障碍：上述类电池无法在准分子激光晶化非晶硅薄膜新工艺环节采取较高的晶化温度、较长的晶化时间，限制了薄膜晶硅的晶化程度，有碍该太阳电池性能的提升；再则也限制了在后续制备薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的新的制备SiO₂电子空穴复合抑制结构层的工艺环节无法采用高于玻璃材质所能承受最高温度的高温热氧化法，也就无法降低制备成本。

因此，抑制薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池PN结界面上产生显著的电子空穴复合，以及对晶硅薄膜进行钝化保护，抑制薄膜电池的漏电流和内部短路，是薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池提高光电转换性能尤其开路电压，以及提高长期稳定性的一项重要工作；同时减少由非晶硅薄膜准分子激光晶化方法制备的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池对导电玻璃基底的依赖，消除玻璃基底的AZO、ITO或FTO透明导电基底对后续制备工艺的高温环节的限制，有助于非晶硅薄膜准分子激光晶化方法制备的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池进一步的降低制备成本且提高性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，是一种具有电子空穴复合抑制结构层的采用耐高温不透明导电基底的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，在薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中新增加了一个电子空穴复合抑制结构层并采用耐高温不透明导电基底，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和玻璃基底对后续制备工艺的高温环节的限制的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是，薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，步骤如下：

第一步，在耐高温不透明导电基底上制备P型晶硅薄膜层：