[发明专利]一种叠层太阳电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种叠层太阳电池及其制备方法，所述的太阳电池包括层叠设置的TOPCon电池和钙钛矿太阳电池；所述的TOPCon电池包括硅片层，所述硅片层的一侧表面层叠设置有扩散硅层和钝化层，所述硅片层的另一侧表面层叠设置有隧穿层和多晶硅层；所述多晶硅层远离隧穿层的表面与所述钙钛矿太阳电池远离电极的一侧贴合。本发明以TOPCon电池倒置作为底电池，并在TOPCon电池的背面生长钙钛矿太阳电池，具有结构简单、方便制备、成本低和光电光电转化效率高等特点。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及叠层太阳电池，尤其涉及一种叠层太阳电池及其制备方法。

背景技术

提高能量转换效率，同时降低器件的成本是太阳电池技术走向大规模应用的关键。目前太阳电池的研究与实际应用以单节器件为主，以晶体硅太阳电池为例，其实验室效率已达到27.6％，接近其极限理论效率30％，然而进一步提升效率难度较大。晶体硅材料带隙为1.12eV，不能合理利用太阳光谱中短波长的光，若能将晶体硅太阳电池作为基底，继续沉积带隙较宽的顶电池构成叠层电池，就能更大限度地利用太阳能，拓宽光谱响应，提高器件的效率。

有机金属卤化物钙钛矿材料兼具优良的光吸收和电传导性能，此外还具有成本低廉、制备简便且多样等优点，以该材料为吸收层制备的钙钛矿太阳电池具有极大的商业化应用前景。另外，通过改变钙钛矿材料的组分，可实现其带隙在1.5至2.3eV范围内的可控调节，若以晶体硅底电池为基底，制备较宽带隙的钙钛矿太阳顶电池形成良好的光谱匹配，获得钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳电池，能在成本增加甚微的前提下，实现光电转换效率的显著提高，且叠层电池的理论效率可达44％，具有极大的研究潜力和上升空间。

目前报道的绝大多数钙钛矿/晶体硅两端叠层电池技术所使用晶体硅电池类型为异质结太阳电池(HIT)，英国OXFORD PV公司制备的钙钛矿/HIT叠层电池认证效率已达到29.5％。HIT底电池具有高开路电压高转换效率的优势，然而，其材料及设备成本昂贵，工艺条件要求苛刻，距离大规模量产还有一定距离。同质结结构的隧穿氧化层钝化接触太阳电池(TOPCon)，通过在器件背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，能有效地阻挡少子空穴复合，从而提升电池开路电压及短路电流。与PERC相比，TOPCon目前拥有更高的器件效率及效率提升空间，并且其电池制备与现有量产工艺兼容。

CN111987184A公开了一种叠层电池结构，包括顶电池单元、底电池单元以及位于所述顶电池单元与所述底电池单元之间的中间层；所述中间层构造为p+/n+双层晶硅薄膜组成的隧穿结；所述顶电池单元包括在自远离至靠近所述中间层方向上依次层叠设置的电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和在所述电子传输层上设有的正面电极；所述底电池单元为PERC太阳能电池；该发明通过采用纳米硅隧穿结结构可以获得良好的钙钛矿电池性能，具有光电转换效率高等特点。

CN110649111A公开了一种叠层式太阳能电池，包括从上至下依次层叠设置的减反层、上电池、界面层、下电池及下电极，所述减反层的上表面等间距地开设有至少3个槽体，每个所述槽体中均电连接有前电极，所述上电池中含有钛矿结构材料。该发明由于其层叠式结构设计可以获得更高的开路电压，并且上、下电池分别吸收不同波长范围的太阳光，能够最大程度地提高太阳光的利用率，提升短路电池，因此可以获得更高的光电转换效率。

现有太阳电池均存在结构复杂，成本高和光电转化效率低的问题，因此，如何在保证太阳电池具有结构简单和成本低的情况下，还具有光电转化效率高和制备工艺简单等特点，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种叠层太阳电池及其制备方法，以TOPCon电池为底电池，保证TOPCon电池正面部分的工序完整，在背面依次生长钙钛矿顶太阳电池，使本发明具有结构简单、成本较低和转换效率高等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：