[发明专利]具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池及绒面均匀钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法，硅钙钛矿叠层太阳能电池，包括晶硅太阳能电池；晶硅太阳能电池的顶部具有微米尺度的金字塔绒面；微米尺度的金字塔绒面的金字塔锥面上设有纳米尺度的凸起。本发明在晶硅太阳能电池的微米级金字塔绒面上形成纳米级的凸起；纳米尺度的凸起形成液膜爬行增阻层，能够大幅减缓液膜的爬行速度，在不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理的条件下，有利于通过溶液法实现微米尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜的制备，可以保持硅太阳能电池高效率的优势，能够实现光电转换效率大于35％的硅‑钙钛矿两端叠层太阳能电池技术。

技术领域

本发明属于硅-钙钛矿叠层太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池及绒面均匀钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高、制备工艺和设备简单低廉、可利用印刷工艺实现工业化等优点，近年来受到了全世界科学家的广泛关注。自2009年首次以3.8％的光电转化效率出现后，其效率在随后九年里以前所未有的速度不断攀升，截止2018年11月得到认证的最高效率达到了23.4％。然而单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率无法超过肖克利-奎伊瑟极限理论效率。多结太阳能电池，即叠层电池由具有不同带隙的太阳能子电池组成，是一种成熟有效的突破肖克利-奎伊瑟极限理论效率的方式，已经广泛应用于传统的硅、砷化镓太阳能电池。硅太阳能电池是目前占据市场份额最大的主流光伏技术。单晶硅的带隙大约为1.1eV，是理想的窄带隙子电池。有机无机杂化钙钛矿材料及全无机钙钛矿材料具有带隙连续可调(1.25～2.0eV)的特点。基于上述特点，新型高效低成本硅-钙钛矿两端叠层太阳电池是光伏电池技术发展前沿与必然发展方向。

高效率商业化硅太阳能电池通常采用金字塔绒面陷光结构。硅金字塔绒面起伏高度通常在1～20μm，它能够有效增加光俘获能力，从而提高电池的短路电流密度。然而，在这种复杂的表面纹理结构难以沉积厚度均匀的钙钛矿膜。以溶液法沉积厚度小于1μm的钙钛矿薄膜时，溶液在“金字塔”之间的谷中积聚，使得金字塔的塔尖上没有覆盖液体，这将导致最终的钙钛矿薄膜无法完全覆盖金字塔的顶角及棱。这种现象将导致电池短路，进而降低钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的光电转换效率。为了避免这一问题，现有的技术对硅电池的金字塔绒面进行了抛光磨平处理。然而，与具有金字塔绒面陷光结构的硅电池相比，硅太阳能电池抛光后的光电转换效率会降低至原始值的约50％。因此，这一技术方案存在如下不足：第一，对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理大幅降低了硅太阳能电池的光电转换效率；第二，增加的抛光磨平处理提高了叠层太阳能电池的生产成本，增加了工序和时间，降低了生产效率。因此，如何在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上制备全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜成为实现高效率低成本硅-钙钛矿两端叠层光伏电池技术的核心难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池及绒面均匀钙钛矿薄膜的制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池，包括晶硅太阳能电池；晶硅太阳能电池的顶部具有微米尺度的金字塔绒面；微米尺度的金字塔绒面的金字塔锥面上设有纳米尺度的凸起。

进一步的，金字塔绒面的特征高度范围为1～20μm。

进一步的，凸起的特征高度范围为15～100nm。

进一步的，凸起之间的间距范围为：30～100nm。

进一步的，微米尺度的金字塔绒面上设有全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜；绒面均匀钙钛矿薄膜包覆凸起和金字塔绒面。

进一步的，所述凸起为二氧化硅颗粒。

在具有纳米尺度液膜爬行增阻层的硅钙钛矿叠层太阳能电池上制备钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：