[发明专利]光伏器件

说明书

一种光伏器件，包括PIN结构，其中p型空穴传输层(2)由衬底(1)承载，且钙钛矿层(3)和n型电子传输层(4)依次设置在p型层上。一透光导电层(9)设置在n型电子传输层的顶部以形成光接收顶面。在n型电子传输层和透光导电层之间提供包括两个无机电绝缘层(6、8)的结构，其之间具有导电材料层(7)，其中两个无机电绝缘层包括带隙大于4.5eV的材料，且导电材料层包括带隙小于电绝缘层的带隙的材料，其中每个电绝缘层与导电材料层形成1型偏移结。

技术领域

本发明涉及光伏(PV)器件，且特别是涉及钙钛矿PV器件和多结光伏器件，例如具有基于钙钛矿的子电池的串联太阳能电池。

背景技术

太阳能转换是提供可再生能源的最有前景的技术之一。然而，一直以来，制造吸收太阳能的器件的高成本(包括高昂的材料成本)阻碍了其广泛使用。

单结太阳能电池——例如由硅p-n结制成的那些——在AM1.5G条件下的最大理论效率约为29％(例如，参见“Photovoltaic Solar Energy–from Fundamentals toApplications(光伏太阳能——从基础到应用)”一书，由A Reinders等人编辑，威利出版社ISBN9781118927465[2017]，第164页)且实际效率达到26％。然而，如果将具有更高带隙的材料的电池堆叠在硅单结电池(或其他类型的单结电池)的顶部上并串联连接，则极限理论效率增加到40％以上。因此，目前人们对串联和其他多结电池技术很感兴趣。

此外，单结钙钛矿太阳能电池的效率可与硅相媲美。

太阳能电池可以具有典型的或倒置的结构。对于诸如本申请中所述的那些倒置的钙钛矿太阳能电池，在通常称为P-I-N(层序为p型接触(P)、钙钛矿(I)、n型接触(N))的配置中开发，典型的是使用有机n型接触材料。然而，这种有机材料可能会在随后的分层放置过程中损坏。例如，当随后的TCO(透明导电氧化物电极)层通过溅射而涂覆到n型接触上时，该问题可能会特别严重。为了在溅射后续材料层期间保护有机n型接触层免受溅射损坏，可以在沉积有机n型接触层后立即沉积更致密的n型无机接触层。

举例来说，Bush等人在2017年发表了使用原子层沉积(ALD)生长的n型SnO₂用于在倒置PIN钙钛矿太阳能电池中的有机富勒烯接触的电子选择和溅射保护(10.1038/nenergy.2017.9)。此外，Sahli等人在2018年6月11日在线发表于Nature Materials(https://doi.org/10.1038/s41563-018-0115-4)的文章中披露了一种全纹理单片钙钛矿/硅串联太阳能电池。SnO₂缓冲层通过原子层沉积而沉积到堆叠上。

最近发表了一篇关于将ALD用于钙钛矿太阳能电池的综述——参见V.Zardetto、B.L.Williams等人的Sustainable EnergyFuels(可持续能源与燃料)，第1卷，第30-55页(2017年)。倒置PIN钙钛矿器件结构在Park、Gratzel和Miyasaka编辑的教科书“Organic-Inorganic Halide Perovskite Photovoltaics(有机-无机卤化物钙钛矿光伏学)”Springer(2016)ISBN978-3-319-35112-4中得到了更详细的描述(特别是参见第12章第307-324页)。

但是，现有技术存在许多潜在的缺点，包括：

1)工艺复现性：由于许多ALD工艺成核的表面依赖性，薄膜厚度可能因批次而异。对于SnO₂，差异可以高达10-15％。

2)由于未钝化的键，在无机-n型/富勒烯界面处的载流子复合会导致太阳能电池器件的开路电压(V_oc)和填充因子(fill factor，FF)损失。