[发明专利]嵌套全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种嵌套全背接触钙钛矿太阳电池。该嵌套全电池从下到上依次包括：1)衬底；2)正电极；3)正电极上的空穴传输层；4)绝缘隔离层；5)负电极；6)负电极上的电子传输层；7)钙钛矿吸收层；8)钝化层；9)减反射保护层。其特征在于正电极和负电极均在电池背光面，两电极相互嵌套但不相连，通过绝缘材料填充等进行相互隔断；钙钛矿吸收层上面的钝化层用以减小表面缺陷及其导致的载流子复合；钝化层上面的减反射保护层同时起到减小光损失和保护钙钛矿层的作用。本发明公开的嵌套全背接触钙钛矿太阳电池可以完全避免正面电极的遮光损失和载流子传输层或透明导电衬底的寄生吸收，提高钙钛矿太阳电池的光利用率和光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种太阳电池，特别是关于一种嵌套全背接触钙钛矿太阳电池。

技术背景

近年来，化石能源日益枯竭以及环境污染问题日趋严重，因此，太阳能等可再生能源得到迅速发展。其中，光伏发电的太阳电池以其安全可靠、无噪声、无污染排放、无枯竭危险、不受资源分布地域限制等诸多优势而受到重视。

经过多年的发展，晶体硅太阳电池的效率提升空间越来越小，因此，开发新型光伏材料和器件备受关注。2009年，首个基于有机/无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池效率仅为3.8％，但仅十年时间其效率已达25.2％，而且可以采用低成本的溶液法来制备，在高效率和低成本方面都显示出巨大的潜力。当前，钙钛矿太阳电池基本上均采用电子传输层和空穴传输层位于钙钛矿吸收层两侧的三明治结构，无论光从电子传输层或从空穴传输层入射，载流子传输层或透明导电衬底存在不可避免的寄生吸收，同时迎光面的金属电极也存在遮光的问题，限制了太阳电池对光的利用率，进而阻碍太阳电池转换效率的提升。

除了提升材料的光电性能和改善界面接触外，优化器件结构也是提高光的利用率和电池性能的重要途径。目前，多晶钙钛矿中载流子扩散长度达到几个微米，而利用溶液法生长的MAPbI₃单晶的载流子扩散长度超过了175μm，另外据报道基于CH₃NH₃PbI_3-xCl_x钙钛矿单晶光生载流子扩散长度超过569μm，而且随着技术不断进步，钙钛矿中载流子扩散长度还将进一步增长，这为钙钛矿太阳电池新型器件结构的设计和实现奠定了基础。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种嵌套全背接触钙钛矿太阳电池，将正电极/空穴传输层和负电极/电子传输层均放置在电池的背光面来构成全背接触结构，钙钛矿前表面采用钝化层降低表面缺陷及其导致的载流子复合，采用低折射率的致密薄膜或绒面结构减反膜来保护钙钛矿吸收层和减小入射光的反射。该结构的太阳电池完全避免了传统三明治结构中电子传输层或空穴传输层、和透明导电衬底的寄生吸收，以及金属栅线电极对光的遮挡，能有效提高光的利用率，从而提升钙钛矿太阳电池的转换效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：