[发明专利]一种叠层电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种叠层电池及其制备方法和应用。该叠层电池以钙钛矿太阳能电池作为顶电池，多晶硅电池作为底电池，通过复合层串联顶电池和底电池；该叠层电池由上至下依次包括：正面金属栅线电极、增透薄膜层、透明导电薄膜层、中间保护层、电子传输层、钝化层、钙钛矿吸收层、分子铁电层(4,4‑DFPD)subgt;2/subgt;PbIsubgt;4/subgt;、钙钛矿空穴传输层、复合层、多晶硅电池和背电极。本发明还提供了上述叠层电池的制备方法。本发明的叠层电池具有较高的开路电压和光电转化效率。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种晶硅电池/钙钛矿电池的叠层太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

随着人类社会的持续发展，能源消耗也在不断增加，利用太阳的能量无疑是向世界提供可持续、清洁和低成本能源的最有前途的方法之一。

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，具有安全无污染等优势。其中以光伏效应工作的晶硅太阳能电池为主流，已经实现了产业化。近年来，光伏系统的成本已大大降低，安装量却猛增，而对于降低成本而言最有效的办法则是提高单节太阳能电池的效率。

随着传统的晶硅太阳能技术的不断推进，实验室报道的硅电池效率也已经达到了26.7％，已经逐渐逼近其理论极限值29.4％。为了使其超过这个极限，叠层电池是一种很好的策略，通常叠层器件分为两层，上层为宽带隙的材料，下层是窄带隙的材料。硅电池的带隙是1.12eV，接近其下层电池的最优带隙，因此需要匹配一个上层电池材料，其上层电池材料最优的带隙大约在1.65-1.7eV左右。考虑到光学损失及带隙等各种因素，钙钛矿材料是绝对优选的材料。高带隙的钙钛矿电池需要提高钙钛矿活性层的厚度实现叠层电池中顶底电池的电流匹配，而这同时也会导致钙钛矿电池严重的非辐射复合与能量损失。

针对上述问题，有必要提供一种基于新型铁电材料的晶硅/钙钛矿两端叠层电池来解决硅钙钛矿叠层电池中钙钛矿电池严重非辐射复合的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以解决现有的硅钙钛矿叠层电池中钙钛矿电池严重非辐射复合的问题的叠层电池。

为了实现上述目的，本发明提供了一种叠层电池，该叠层电池以钙钛矿太阳能电池作为顶电池，多晶硅电池作为底电池，通过复合层串联顶电池和底电池；

该叠层电池由上至下依次包括：正面金属栅线电极、增透薄膜层、透明导电薄膜层、中间保护层、电子传输层、钝化层、钙钛矿吸收层、分子铁电层(4,4-DFPD)₂PbI₄、钙钛矿空穴传输层、复合层、多晶硅电池和背电极。

本发明的叠层电池以宽带隙的钙钛矿电池作为顶电池，以窄带隙的硅电池作为底电池，通过复合层实现顶电池和底电池的串联。同时在钙钛矿电池的空穴传输层与活性层之间引入一层分子铁电(4,4-DFPD)₂PbI₄层，分子铁电(4,4-DFPD)₂PbI₄层可以极大地增强钙钛矿顶电池的内建电场，提供足够的驱动力来分离电荷并传输电荷，从而减少电荷或电荷转移激子的非辐射复合，使钙钛矿电池的开路电压显著提升，进而使得整个叠层电池的光电转化效率获得巨大提升。

在本发明的一具体实施方式中，采用的钙钛矿太阳能电池的带隙为1.65eV-1.75eV。

在本发明的一具体实施方式中，采用的复合层或隧道层的厚度为100nm-300nm。

在本发明的一具体实施方式中，采用的钙钛矿空穴传输层NiO的厚度为20nm-50nm。

在本发明的一具体实施方式中，采用的分子铁电层(4,4-DFPD)₂PbI₄的厚度为5-20nm。