[发明专利]低温Si与有机叠层的太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种低温Si与有机的叠层太阳能电池，主要解决现有太阳能电池能量转换效率低的问题。其包括阴极(1)、n型硅片基体(2)、p型有机导电薄膜(3)、p型缓冲层(4)、电子传输层(5)、界面修饰层(6)、有机活性层(7)、空穴传输层(8)以及阳极(9)。其中阴极、n型硅片基体和p型有机导电薄膜自下而上构成Si杂化太阳能电池；电子传输层、界面修饰层、有机活性层、空穴传输层以及阳极自下而上构成有机太阳能电池，这两种结构的太阳能电池通过p型缓冲层叠加构成叠层结构，使电荷能够有效的向电极传输。本发明提高了能量转换效率并且整个制备工艺低于200℃，减少了能源消耗，可用于便携式能源及可穿戴电子设备。

技术领域

本发明属于光能技术领域，特别是一种叠层的太阳能电池，可用于光伏发电。

现有技术

由于资源短缺、环境污染等问题，太阳能光伏发电已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。其中，太阳能电池是一种最直接的光能利用方法，因此对于太阳能电池的深入研究和利用是十分必要的。

目前，Si电池已经进行部分商业化应用，新型太阳能电池，如有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，也在进行广泛研究。但是限制太阳能电池大规模应用的重要问题是其居高不下的成本，特别是在Si电池制造过程中的复杂工艺和高温环节。因此，降低Si电池的制造成本，同时提升电池性能是研究的关键。有机太阳能电池作为最近迅速发展的一种新型低温工艺太阳能电池，其缺点是能量转换效率较低，所以在研究的过程中希望能够大幅度提升有机太阳能电池的能量转换效率。由于有机材料吸收系数高，柔性好，可制备在任意衬底上，十分适应于与其他类型电池制备叠层电池，采用这种结构能够大大提升电池的能量转换效率。

叠层太阳能电池的研究是由于太阳光光谱的能量分布较宽，目前的任何一种半导体材料都只能吸收太阳能光谱中一定波长范围内的光子。而叠层太阳能电池是将禁带宽度不同的电池按照由大到小的顺序从下到上叠合起来，让波长较短的光被上面的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去被窄禁带宽度的材料吸收，使光能能够最大程度的被利用来转换产生电能。

现有的叠层太阳能电池有两种制备方法，一种是将两种太阳能电池分别制备出来后再在测试时将两个电池重叠在一起，另一种是将两种结构制备在一个器件中。其中：

第一种方法是分别按照两种电池的制造流程将两个电池制备出来，包括每个电池的衬底和电极，然后在测试的过程中直接将两个电池按阴极和阳极重叠在一起。

第二种方法是将两个电池的结构融合在一个器件中，去掉下层电池的顶电极以及上层电池的衬底和衬底电极，使两个电池的光吸收层形成一个整体，并对两个吸收层的界面进行优化处理，提高器件的电荷收集能力，从而改善电池的能量转换效率。

上述第二种方法虽然可通过光吸收层之间的界面优化能够得到更高、更准确的能量转换效率以及其他性能参数，但由于需要对器件结构进行实验优化，一般很少使用。而上述第一种方法由于前期制备和单个电池制备过程一致，较简单，因此，目前实验中大多数使用第一种将两个电池重叠在一起的制备方法，但是这种方法得到的叠层太阳能电池的能量转换效率会受到上层电池的衬底和衬底电极的影响而偏小。

发明目的

本发明的目的在于这对上述现有技术的不足，提供一种低温Si与有机叠层的太阳能电池结构及其制备工艺方法，以实现两个子电池能够直接在内部结构上有效串联，简化制备工艺过程，提高器件的能量转换效率。

发明内容

为实现上述目的，本发明的低温Si与有机叠层的太阳能电池，其自下而上依次为阴极，n型硅片基体，p型有机导电薄膜，电子传输层，有机活性层,空穴传输层和阳极，其特征在于：

在p型有机导电薄膜与电子传输层之间增设有p型缓冲层，用于改善空穴到阳极的传输；

在电子传输层与有机活性层之间增设有界面修饰层，用于优化电子传输层性能；