[发明专利]一种N-I-P钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种N‑I‑P钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法，N‑I‑P钙钛矿/硅叠层太阳能电池包括硅底电池和N‑I‑P型钙钛矿顶电池，所述N‑I‑P型钙钛矿顶电池的空穴传输层的材料为Cross‑linked小分子材料。本发明以Cross‑linked小分子材料作为空穴传输层，其具有优异的透过性，更适配于N‑I‑P叠层电池结构，Cross‑linked小分子材料置于钙钛矿层上方窗口层可有效的降低HTL寄生吸收带来的光损耗，从而提高器件电流密度，改善器件性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种N-I-P钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿/硅叠层太阳能电池(PSK/c-Si串联)已显示出优越的功率转换效率(PCE)，在光伏系统中显现出巨大潜力。然而，钙钛矿/硅叠层太阳能电池的功率转换效率仍低于理论极限，这就对器件性能优化提出了更高的要求。

钙钛矿/硅叠层太阳能电池通过在硅电池上逐层沉积钙钛矿电池来制备的，可根据顶部钙钛矿组块中电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)的沉积先后顺序，将叠层电池器件分为N-I-P和P-I-N两种结构(参见图1)，N-I-P型叠层器件从下到上先沉积ETL，后沉积HTL；P-I-N型叠层器件从下到上先沉积HTL，后沉积ETL。传统单结钙钛矿太阳能电池(PSC)的光是从导电玻璃面入射，位于导电玻璃上方(钙钛矿层下方)的传输功能层(HTL或ETL)多数制备的薄且透过率高，不影响光的传输，位于钙钛矿层顶部的传输功能层往往较厚，目的是使其能够完全覆盖钙钛矿层，高效载流子传输。对于叠层器件而言，光是从钙钛矿顶部(透明导电电极/传输功能层)入射的(图中箭头表示光入射方向)，光入射方向不同会对器件性能产生一定影响。

光的管理在叠层器件中至关重要，短波段的光优先被顶部钙钛矿组块吸收，长波段的光不受阻碍的传输到底部硅电池处，因此对钙钛矿层上方的窗口层材料的透过性提出了很高要求，高透过性窗口层可以降低材料寄生吸收带来的光学损耗。现有技术将金属电极更替为高透过性的透明导电电极以提高器件的光吸收，但除导电电极外，窗口功能传输层的寄生吸收情况也会显著影响着整个器件的性能，特别是对器件电流的限制。

鉴于N-I-P型钙钛矿/硅叠层太阳能电池的特定结构，即光从器件顶部的空穴传输层入射进入叠层电池器件内部，顶部空穴传输层寄生吸收造成的光学损耗是制约N-I-P型叠层电池器件发展的最重要因素之一。现有技术中，N-I-P结构的器通常采用具有空穴迁移能力的spiro-OMeTAD作为空穴传输层，但研究发现，与具有优异功率转换效率的单结N-I-P型钙钛矿太阳能电池不同，spiro-OMeTAD用于叠层电池器件后功率转换效率并不理想，根本原因在于单结钙钛矿太阳能电池与叠层电池的光入射方向不同，spiro-OMeTAD会产生严重的寄生吸收，显著降低器件的光电流，影响了叠层电池器件的性能。有学者研究通过降低spiro-OMeTAD厚度的方法来减轻HTL的寄生吸收，但由于spiro-OMeTAD在400nm处具有极强的吸收，减薄后的spiro-OMeTAD只能在一定程度上减缓寄生吸收带来的光学损失。另外，其厚度只可以减薄到一定的数值(80nm左右)，继续减低厚度的spiro-OMeTAD会面临薄膜覆盖不全的问题，而HTL覆盖不均匀会导致载流子的复合几率增加，恶化器件性能。此外，有学者为了得到更为均匀且薄的HTL，采用热蒸镀沉积spiro-TTB作为N-I-P叠层电池器件的HTL。但是，spiro系列衍生物在400nm附近均有较大的吸收，降低厚度只能在一定的程度上缓解寄生吸收问题；而且未掺杂的spiro-TTB空穴传输能力较差，采用真空沉积方式提高了掺杂难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高钙钛矿/硅叠层太阳能电池的空穴传输层的光透过率，降低寄生吸收，从而减少光学损耗，提高器件的功率转换效率。

为解决上述问题，本发明提供一种N-I-P钙钛矿/硅叠层太阳能电池，包括硅底电池和N-I-P型钙钛矿顶电池，所述N-I-P型钙钛矿顶电池的空穴传输层的材料为Cross-linked小分子材料。