[发明专利]一种柔性钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性钙钛矿‑铜铟镓硒叠层太阳能电池，其包括作为底电池单元的柔性铜铟镓硒电池和作为顶电池单元的钙钛矿电池，顶电池单元和底电池单元通过ITO中间层连接。本发明的叠层太阳能电池选择CIGS与钙钛矿两种相匹配的材料作为光吸收层，同时选取高电导率以及高的光透过率的ITO做中间层隧道结，将两个子电池一体化结合，增加了到达底电池的光总量，减少了串联电阻，具有比单结电池更好的光吸收利用率；本发明还选取与ITO中间层更加匹配和高导电性的空穴层PTAA，以及具有疏水性的PCBM电子层，进一步可提高叠层电池的效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种柔性钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池制备工艺及器件领域。

背景技术

当今社会，以煤炭、石油和天然气为代表的化石能源的大量使用导致的环境污染问题以及不可再生资源消耗问题已经成为人类可持续发展面临的一大难题。因此发展、使用新型环保、可再生的新能源是社会发展的大势所趋，其中太阳能电池的制备和使用具有公认的优势。

钙钛矿光吸收层材料来源丰富、价格低廉，近年来采用类似于染料敏化结构的钙钛矿太阳能电池引起光伏界的广泛关注。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提高非常迅速，2009年初始转换效率仅为3.8％，2012年便迅速提高到10.9％，如今钙钛矿太阳能电池己有23.7％的效率。

但是，太阳光光谱中的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。为了光的更好更全面吸收，叠层太阳能电池由此而生。太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就是叠层太阳能电池，可以大大提高性能和稳定性。

叠层太阳能电池中顶层和底层电池的电流匹配是影响其性能的关键因素，因此，叠层太阳能电池结构设计的原则是使各单结电池吸收光谱分配合理。合理选择顶层和底电池吸收层的材料以及厚度，以解决叠层太阳能电池的电流匹配，使其具有更优良的性能，具有重要的研究意义。

发明内容

针对叠层太阳能电池制备时的关键性问题，本发明公开了一种柔性钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池及其制备方法，所要解决的技术问题是采用Cs_0.1MA_0.9PbI_2.9Cl_0.1钙钛矿薄膜和CIGS薄膜两种不同带隙和厚度的吸收层来实现顶层和底层电池的电流匹配，并通过优化各级能级排列，制备出高效稳定的叠层太阳能电池。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种柔性钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池，其特点在于：包括作为底电池单元的柔性铜铟镓硒电池和作为顶电池单元的钙钛矿电池，所述顶电池单元和所述底电池单元通过ITO中间层连接；

所述柔性铜铟镓硒电池的结构从下至上依次为：柔性不锈钢基底、Mo金属电极层、CIGS光吸收层薄膜、CdS缓冲层和AZO薄膜；

所述钙钛矿电池的结构从下至上依次为：PTAA空穴传输层、Cs_0.1MA_0.9PbI_2.9Cl_0.1钙钛矿光吸收层薄膜、PCBM电子传输层、C₆₀界面修饰层、Ag顶电极。