[发明专利]包含金属氧化物缓冲层的太阳能电池和制造方法

说明书

公开一种基于钙钛矿的太阳能电池，其包含安置在缓冲层上的透明电极，所述缓冲层在所述电极沉积期间保护所述钙钛矿免受损害。所述缓冲材料通过使用低温原子层沉积、化学气相沉积或脉冲化学气相沉积沉积。在一些实施例中，所述钙钛矿材料可作为多电池太阳能电池结构中的吸收层操作。在一些实施例中，所述钙钛矿材料可作为单结太阳能电池结构中的吸收层操作。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明在政府支持下在由能源部(Department of Energy)授予的合同DE-EE0006707号下进行。政府在本发明中享有一定权利。

相关申请的交叉参考

本案要求2016年9月20日提交的美国临时专利申请序列号62/397,293(代理人案号：146-065PR1)和2016年9月22日提交的美国临时专利申请序列号62/398,220(代理人案号：146-065PR2)的优先权，其中的每一个以引用的方式并入本文中。

如果在本申请与以引用的方式并入的一或多个案件中的用语中存在可能影响本案中的权利要求的解释的任何矛盾或不一致，则本案中的权利要求应被解释为与本案中的用语一致。

技术领域

本发明大体上涉及太阳能电池，并且更确切地说，涉及用于太阳能电池的透明电极的形成。

背景技术

太阳能电池是将入射光的能量直接转换成电的光电半导体装置。光在太阳能电池的吸收层中被吸收，其引起自由电载流子(即，电子和空穴)的产生。自由电载流子产生跨越装置端的电压，所述电压可以用于直接为电力系统供电或储存在电存储系统(例如，电池等)中以供稍后使用。

为了在吸收材料中产生自由载流子对，光子必须具有大于材料能带隙(EG)的能量。材料的EG是其价带顶部(束缚电子聚居的最高能级)与其导带底部(自由电子聚居的最低能级)之间的能量差。当光子被吸收时，其能量给予束缚电子-空穴对，这解放了电子并且使得其能够从价带进入导带。光子的能量与其波长成反比(E_p＝hc/λ，其中E_p为光子能量，h为普朗克常量(Planck's constant)，c为光速，并且λ为波长)；因此，较长波长光(例如，红光)的光子能量比较短波长光(例如，蓝光)低。因此，用于吸收光的半导体的选择对太阳能电池的效率具有相当大的影响。

硅可能是目前最常使用的太阳能电池材料，这是由于其EG相对低，制造基础设施高度发展，并且与其它半导体材料相比成本低。不利的是，硅并不有效吸收光。另外，由于自由电子和自由空穴倾向于分别占据导带底部和价带顶部的能级，电子空穴对从较高能量光子接收的任何额外能量以在被称作“热化”的过程中转移到半导体材料中的热量形式损失。热化损失既降低太阳能电池的能量转换效率又使装置温度升高，温度升高可能导致劣化和寿命问题。

能量转换效率和热化损失均可以通过在“串联太阳能电池”配置中组合不同材料而改良。串联太阳能电池是堆叠结构，其包含由具有相对较高EG的材料制成的顶部光伏部分和由具有相对较低EG的材料制成的底部光伏部分。换句话说，串联太阳能电池具有两个p-n结和两个不同的带隙。当光入射到太阳能电池上时，高能量光子首先在顶部中被吸收，而较低能量光子通过顶部以在底部光伏部分中被吸收。这使得能够吸收较宽光谱的光，由此提高能量转换效率，超过单结效率极限。另外，降低了因底部电池中吸收高能量光子而导致的热化损失。取决于顶部太阳能电池的材料的EG，基于硅的串联太阳能电池的基本效率极限可能高达大约39％，显著高于单结硅太阳能电池的理论效率极限33.7％。