[发明专利]一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池，包括底电池P型晶体硅和顶电池钙钛矿电池，由下向上依次为背电场、钝化层、P型基体，N型层、中间层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、透明电极层和上电极，所述背电场和钝化层连接有背电极，中间层为掺杂有镱离子和铒离子的ITO层。本发明的有益效果是：本发明在钙钛矿晶硅叠层太阳能电池中间层中掺杂具有上转换效应的离子，能将钙钛矿电池不能吸收的长波长光转换为可以吸收的可见光，反射的部分可重新被钙钛矿层吸收，而透射的部分经过晶硅时可被晶硅吸收，从而提高了电池的短路电流，提高电池的发电效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池具有绿色环保、储能丰富等优点，被誉为最有前途的绿色能源。钙钛矿太阳能电池因具有低成本、易制备和优异的光电转化性能等优点而在国际上备受关注，并且发展迅速，电池转化效率已从2009年的3.8％提升到2016年的22.1％，钙钛矿材料也被认为是下一代低成本太阳能电池的光吸收材料。由于钙钛矿和硅具有不同的带隙，为了充分利用太阳光谱，钙钛矿太阳能电池可作为顶电池与硅电池形成叠层太阳能电池，即钙钛矿晶硅叠层太阳能电池。这种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池既拓宽了电池的光谱响应范围，提高了太阳能电池效率，又降低了制备成本。但钙钛矿晶硅叠层太阳能电池在光电转换过程中仍存在多方面的光学损失，减小了短路电流，在很大程度上限制了电池效率的提升。

发明内容

本发明针对现有钙钛矿晶硅叠层太阳能电池短路电流低和发电效率低的问题，提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池，该电池包括底电池P型晶体硅和顶电池钙钛矿电池，由下向上依次为背电场、钝化层、P型基体，N型层、中间层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、透明电极层和上电极，所述背电场和钝化层连接有背电极。其中，中间层为掺杂有镱离子和铒离子的ITO层。

进一步，所述背电场的厚度为50-110μm，所述钝化层厚度为10-100nm，所述P型基体厚度为100-200nm，N型层厚度为0.1-5nm，所述中间层厚度为5-20nm，所述空穴传输层的厚度为5-30nm，所述钙钛矿吸收层的厚度为400-500nm，所述电子传输层的厚度为50-80nm，所述缓冲层的厚度为10-15nm，所述背电极的厚度为15-50μm，所述透明电极层厚度为10-50nm，所述上电极的厚度为15-50μm。

本发明钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法为：

1)制备P型基体：将P型硅片浸泡于碱性溶液中，除去损伤层并抛光；

2)形成N型层：在管式反应炉内，以三氯氧磷为掺杂剂进行扩散，在P型基体正面形成N型层；

3)刻蚀：采用湿法刻蚀去掉P型基体背面的磷硅玻璃和背结；

4)形成钝化层：采用PECVD方法在P型基体背面形成SiN_x钝化层，激光刻蚀去掉部分SiN_x钝化层，使部分P型硅裸露；

5)印刷背电极和背电场：在钝化层上采用丝网印刷背电极和背电场，烧结后形成底电池；

6)形成中间层：采用磁控溅射掺杂镱离子和铒离子的透明导电氧化物ITO作为中间层，设置在N型层之上；

7)空穴传输层的制备：将NiO_x纳米颗粒加入溶剂中超声分散，配制成悬浊液，作为第一前驱液，将中间层朝上涂布第一前驱液，加热退火处理，自然冷却至室温，形成空穴传输层；

8)钙钛矿吸收层的制备：将卤化铅和卤化甲基胺溶于有机溶剂中，配制成第二前驱液，得钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液涂布在空穴传输层上，退火处理后得钙钛矿吸收层；

9)电子传输层的制备：将富勒烯衍生物溶于氯苯，加热搅拌溶解制得第三前驱液，将第三前驱液涂布在钙钛矿吸收层上，退火处理后得电子传输层；