[发明专利]一种具有局部半开放钝化接触结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有局部半开放钝化接触结构的钙钛矿太阳能电池，其至少包括电荷传输层和钙钛矿层，在电荷传输层和钙钛矿层之间设置有绝缘或低导材料层，所述绝缘或低导材料层为连续或不连续的岛状结构。本发明技术方案通过使电荷传输层与绝缘低导材料构成局部半开放接触结构，实现电荷传输层与钙钛矿层之间的接触面积减小、减少界面处非辐射复合，同时不影响钙钛矿层与电荷传输层之间载流子的提取和传输，克服了钝化与电荷传输之间的矛盾，从而实现高开路电压和填充因子，且不会降低电流密度、使厚度在较大范围内不敏感；制备过程无需高温，其局部接触的特点不会影响钙钛矿层对光的吸收。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有半开放钝化接触结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源是当今世界发展的重要基础，而光伏作为绿色能源，为解决能源问题提供了一个重要途径。钙钛矿太阳能电池因其制作成本低、结构简单而收到广泛关注。钙钛矿太阳能电池的结构分为正式结构和反式结构，目前钙钛矿太阳能电池的认证最高效率已达25.7％，出自韩国蔚山国家科学技术研究所。

钙钛矿太阳能电池的制备方法主要有溶液法和气相沉积法。溶液法因其制备工艺简易、制作成本低而应用更加普遍，并且得到的钙钛矿薄膜覆盖度和结晶度更好。在钙钛矿太阳能电池的结构中，异质结的接触问题经常是导致电池性能较差的潜在原因之一。为降低异质结接触造成的非辐射复合损失，学者们进行了大量的研究工作，以介孔结构为例，目前所报道的大多是使用氧化锆、氧化铝、氧化钛等材料制作成介孔结构并应用在界面处，但由于此结构需要高温烧结，因此不能在高温烧结步骤之前使用低熔沸点的材料，否则烧结过程中会破坏介孔以下的底层材料，对器件材料的选取有很大限制。而在平面结构中界面处通常插入有钝化层，目前有报道的钝化层常用材料如绝缘有机材料、绝缘无机材料、半导体有机材料、半导体无机材料、低导有机材料、低导无极材料等在用作钝化层时都对厚度有较高要求，基本不能超过5nm，原因在于亚纳米级别的厚度增加可能会导致传输受阻，引起电流密度和填充因子的大幅下降，而纳米级别的厚度下降，就可能会引起开路电压的损失，所以很难同时提高开路电压和填充因子。由于对钝化层厚度极为苛刻的控制要求，限制了钙钛矿太阳能电池的大规模生产应用。

因此亟需一种能解决现有钙钛矿太阳能电池难以同时提高开路电压和填充因子及异质结接触造成的非辐射复合损失问题的钙钛矿太阳能电池。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明设计了一种具有局部半开放钝化接触结构的钙钛矿太阳能电池，包含电荷传输层(包括电子传输层(Electron transport layer，简称为“ETL”)和空穴传输层(Hole transport layer，简称为“HTL”))和一层局部纳米级开孔的绝缘低导遮挡层，具有能同时实现钝化钙钛矿界面和限制电流从开孔通过的优点。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了如下技术方案：一种具有局部半开放钝化接触结构的钙钛矿太阳能电池，其至少包括电荷传输层和钙钛矿层，在电荷传输层和钙钛矿层之间设置有绝缘或低导材料层，所述绝缘或低导材料层为连续或不连续的岛状结构。

以上的纳米级局部半开放接触(nanoscale semi-opening contact，简称为“NSC”)型结构作为新型电荷传输层可以钝化界面缺陷，不影响载流子的传输。根据电池结构的不同电荷传输层有电子传输层和空穴传输层两种，NSC型电荷传输层中绝缘或低导材料通过物理或者化学方法沉积在钙钛矿与电荷传输层之间的上(下)界面。

进一步地，所述电荷传输层通过物理沉积方法或化学沉积方法制备。物理沉积方法包括但不仅限于真空蒸发法、溅射、离子束沉积、脉冲激光沉积等；化学沉积方法包括但不仅限于化学气相沉积、原子层沉积、溶胶-凝胶旋涂法等。

进一步地，所述连续或不连续的岛的水平尺度小于钙钛矿中光生载流子的扩散长度；

进一步地，岛之间的距离小于岛的水平尺度，为岛水平尺度的0.1-9倍。