[发明专利]一种低温硅和钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅和钙钛矿的叠层太阳能电池结构以及其制备工艺方法，主要解决现太阳能电池转化效率低和能源消耗大的问题。该电池结构自下而上包括阴极(1)、N型硅片基体(2)、P型导电材料(3)、电子传输层(5)、界面修饰层(6)、钙钛矿材料(7)、空穴传输层(8)及网状金属阳极(9)，其中P型导电材料(3)与电子传输层(5)之间设置有缓冲层(4)，且三者紧密结合，构成硅太阳能电池的P型材料与钙钛矿太阳能电池的电子传输层叠层结构，以提高太阳光的吸收率，并在制备过程中采用低于200℃退火工艺，避免了高温，减少了能源消耗，可用于便携式能源、能源窗户及可穿戴电子设备。

技术领域

本发明属于能源技术领域，特别涉及一种太阳能电池，可用于便携式能源、能源窗户及可穿戴电子设备。

现有技术

当今世界大部分能源依赖于化石燃料，而化石燃料污染大和不可再生的问题将是未来30年人类能源史上的最大难题。太阳能光伏发电因其可再生、清洁以及无穷尽的特点，在代替化石燃料作为新的能源资源方面展现出极大的潜力，将太阳能转换为电能是解决环境污染和能源危机的重要途径之一。近年来硅电池的稳定发展和钙钛矿新型材料的迅猛发展，使得硅与钙钛矿叠层太阳能电池的商用化成为可能。因此，实现更高的太阳能转化效率是太阳能商用化的主要难题。

现有的太阳能电池包含硅太阳能电池、钙钛矿太阳能电池以及染料敏化太阳能电池等。其中典型的两种结构如下：

一种是钙钛矿太阳能电池，如图1所示，其正向结构是以FTO为衬底，以TiO₂作为电子传输层，以掺杂的spiro-OMeTAD作为空穴传输层，电子传输层与空穴传输层之间是钙钛矿吸光材料。Woon Seok Yang和Jun Hong Jeon等人在2015年发表的效率20.1％太阳能电池就使用的该结构。但是因TiO₂这层在工艺上要求高温，成本昂贵；

另一种是硅杂化太阳能电池，如图2所示，这种电池是在N型硅上旋涂P型导电材料形成P-N结，硅本身作为吸光材料，因硅电子的高迁移率使得硅电池的电流很大，但是硅对光的吸收很有限，所以其总的转化效率比较低。

发明目的

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低温硅和钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法，以降低电子传输层TiO₂的工艺温度，提高太阳能电池的转化效率。

发明内容

为实现上述目的技术关键是采用由下层为硅异质结和上层为正向钙钛矿结构组合的叠层设计，并引入PEDOT:4083薄膜作为缓冲层，在低于200℃的工艺条件下实现，提升开路电压和转化效率。具体方案如下：

1.一种低温硅和钙钛矿的叠层太阳能电池，自下而上包括阴极、N型硅片基体、P型导电材料、电子传输层、界面修饰层、钙钛矿材料、空穴传输层及网状金属阳极，其特征在于：

P型导电材料与电子传输层之间设置有缓冲层，且三者紧密结合，构成硅太阳能电池的P型材料与钙钛矿太阳能电池的电子传输层叠层结构。

2.一种低温硅和钙钛矿叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)对硅片基体进行RCA标准清洗；

2)将清洗后的硅片基体置于5％浓度的HF酸溶液中浸泡30秒，去除正面氧化物；

3)配置PEDOT:PH1000溶液：

按PH1000，DMSO和FS31Capston体积比1000:50:1比例配置PEDOT:PH1000溶液；

4)使用配置好的PEDOT:PH1000溶液在硅片基体样品正面旋涂厚度80～120nm薄膜作为P型导电材料，并110～140℃退火10～15分钟；