[发明专利]一种大面积高效稳定的钝化隧穿有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池及叠层电池

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种大面积高效稳定的钝化隧穿有机‑无机杂化钙钛矿太阳能电池及叠层电池。该电池采用正置结构包括导电玻璃、电子传输层、有机‑无机杂化钙钛矿光吸收层，空穴传输层、ALD沉积氮化物、重掺空穴传输层和金属电极；或倒置结构包括导电玻璃、空穴传输层、有机‑无机杂化钙钛矿光吸收层，电子传输层、ALD沉积氮化物、重掺电子传输层和金属电极。ALD沉积氮化物一方面填补电池内部的孔隙，解决孔隙引起的漏电；另一方面，钝化电子传输层或空穴传输层表面缺陷，降低载流子界面复合。重掺杂层提高向外电路传输载流子的能力。将正置或倒置太阳能电池与HIT电池叠加，形成大面积叠层电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种大面积高效稳定的钝化隧穿有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池及叠层电池。

背景技术

能源与环境是当今全球发展面临的最大挑战。清洁可再生能源之一的光伏发电近年快速发展。目前晶硅电池的发电成本已显著降低，但高效低成本依然是光伏产业良好发展的前提。近年来，有机-无机杂化钙钛矿电池发展迅猛，小面积(小于0.5cm²)最高光电转换效率已突破22％。有机-无机杂化钙钛矿/晶硅底层电池的最高效率也已突破26％。

现有的钙钛矿太阳能电池结构可分为介孔结构和平面结构。平面结构又根据电荷传输方向可分为正向结构和倒置结构。介孔结构一般由FTO导电玻璃、致密电子阻挡层、介孔层、有机/无机杂化钙钛矿光吸收层、HTM层、金属电极组成。介孔层的主要作用是作为支架承载吸光材料。由于介孔材料能够在基底上形成骨架结构，钙钛矿在沉积过程中会进入骨架结构内部，有助于钙钛矿成膜质量的提高。按介孔材料的导电性能进行分类，钙钛矿电池中的介孔材料可以分为半导体介孔材料和绝缘体介孔材料，半导体介孔材料如TiO₂、ZnO、NiO等纳米材料；绝缘体介孔材料如Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂等纳米材料。由于有机/无机杂化钙钛矿光吸收材料是填充在介孔结构中，形貌主要取决于介孔层，因此有机/无机杂化钙钛矿材料沉积技术对电池整体影响相对较小，重复性较好。但介孔层制备通常需要高温烧结，对于大面积制备不利。

相比于介孔结构器件，平面型结构的有机/无机杂化钙钛矿电池没有使用介孔骨架，而是将有机/无机杂化钙钛矿层与两侧的P型半导体和N型半导体直接接触。这避免了介孔骨架对电池制备工艺方面的一些限制，简化了电池结构，使得平面型有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池在材料体系、制备加工工艺等方面得到了很大的应用拓展，并且有助于有机/无机杂化钙钛矿电池在柔性等功能化器件方面的应用。因此，相比于介孔结构钙钛矿太阳能电池，平面型有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池虽然发展较晚，但得到了更广泛的研究。平面结构电池又分为正置结构(n-i-p结构)和倒置结构(p-i-n结构)两类，正置结构器件的光线入射穿过的功能层先后顺序分别为电子传输层、有机-无机杂化钙钛矿层、空穴传输层。倒置结构器件的先后顺序分别为空穴传输层、有机/无机杂化钙钛矿层、电子传输层。

虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池小面积光电转换效率提升很快，但一旦面积略有增加，电池转换效率急剧下降。这是由于大面积有机/无机杂化钙钛矿电池中，有机/无机杂化钙钛矿吸收层通常在500nm左右，有机/无机杂化钙钛矿吸收层中不可避免存在大量孔隙，当制备上电极后，很容易造成漏电。导致大面积有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池效率低下，从而使得有机-无机杂化钙钛矿/晶硅叠层电池光电转换效率也低。同时空穴传输层或电子传输层与金属之间界面的载流子复合严重，有机/无机杂化钙钛矿材料的稳定性也较差。大面积电池光电转换效率低和稳定性差，严重限制了该类太阳能电池的产业化发展和商业化应用。

发明内容