CN105140398B - 一种背接触钙钛矿太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背接触钙钛矿太阳电池，包括从下至上结构：1)导电型衬底；2)均匀电子传输层；3)介电层；4)金属层；5)钙钛矿层且具有若干孔道穿过介电层和金属层接触到电子传输层；6)钙钛矿层的保护层；导电型衬底采用各种TCO透明导电玻璃、重掺杂的晶体硅片、金属薄片；电子传输层采用ZnO、TiO2、PCBM；厚度一般在10nm～10um；介电层采用Al2O3、SiO2、SiNx，厚度在10nm～2um；金属层采用Au、Pt、Ag、Al；厚度在10nm～2um；孔道直径0.5～1.5um。钙钛矿层采用MAPbI3等有机金属卤化物半导体钙钛矿材料；厚度在100nm～20um。保护层采用疏水防氧化聚合物。以有效保持钙钛矿材料的性能及提高电池的稳定性；采用背接触结构，可以有效的降低正面电极的遮光损失，提高电池的转换效率。

Description

一种背接触钙钛矿太阳电池
技术领域
本发明涉及一种太阳电池，特别是关于一种背接触钙钛矿太阳电池。
技术背景
传统晶硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池，经过多年的发展，其性能和转换效率已趋近于极限，制造成本的下降空间也很有限。
世界各地诸多研究机构，都在寻找新的材料和新的技术方案。近年来，有机/无机太阳电池备受关注和研究，其中的有机化合物太阳电池转换效率的升高趋势强劲。尤其是有机金属卤化物钙钛矿电池，以其新型的光伏机制、适宜的带隙宽度、低廉的材料成本、便易的制造工艺，有望大幅提高转换效率和降低制造成本，有着极大的发展和应用空间。
不过目前的钙钛矿太阳电池，其电池结构还有待完善，其钙钛矿材料在水气和氧气下的稳定性问题还很突出。这使得钙钛矿电池的转换效率尚不很高、稳定性很差，严重制约了其实用性。虽然钙钛矿太阳电池在成本上有优势。
发明内容
针对上述问题：本发明目的是，提出一种背接触钙钛矿太阳电池，采用周期为几百纳米到微米级的背接触结构，对钙钛矿材料作了疏水防氧化保护，有效的提高了钙钛矿电池的转换效率和稳定性。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种背接触钙钛矿太阳电池，其特征是包括从下至上依次结构：1)导电型衬底；2)均匀电子传输层；3)介电层；4)金属层；5)钙钛矿层且具有若干孔道穿过介电层和金属层接触到电子传输层；6)钙钛矿层的保护层；导电型衬底采用各种TCO透明导电玻璃、重掺杂的晶体硅片、金属薄片；电子传输层采用ZnO、TiO2、PCBM等；制备方法为磁控溅射、旋涂等；厚度一般在10nm～10um；介电层采用Al2O3、SiO2、SiNx等，厚度一般在10nm～2um；金属层采用Au、Pt、Ag、Al等；制备方法为磁控溅射、热/电子束蒸镀等；厚度一般在10nm～2um；钙钛矿层采用MAPbI3等有机金属卤化物半导体钙钛矿材料；厚度一般在100nm～20um；孔道直径0.5～1.5um.
保护层一般采用疏水防氧化聚合物；制备方法为旋涂、CVD等。
一种背接触钙钛矿太阳电池制备方法，其特征是包括：1)采用导电型衬底；2)制备电子传输层；3)铺敷单分散层PS小球；4)利用干法刻蚀技术减小PS小球的直径；5)制备介电层；6)制备金属层；7)剥离PS小球及其顶部的介电层和金属层，形成介电层和金属层的网孔结构；8)制备钙钛矿层；9)制备保护层；导电型衬底采用各种TCO透明导电玻璃、重掺杂的晶体硅片、金属薄片等。
电子传输层采用ZnO、TiO2、PCBM等；制备方法为磁控溅射、旋涂等；厚度一般在10nm～10um；多数情况下还要进行一定温度一定气氛下的热处理。
PS小球的原始直径一般在200nm～50um；采用液面单分散层转移法、旋涂等铺敷单分散层PS小球；单分散层PS小球多呈密堆积结构。
采用RIE、ICP等干法刻蚀技术，将PS小球的直径减小到原始直径的1/4～3/4
介电层采用Al2O3、SiO2、SiNx等；制备方法为ALD、磁控溅射、PECVD、旋涂等；厚度一般在10nm～2um
金属层采用Au、Pt、Ag、Al等；制备方法为磁控溅射、热/电子束蒸镀等；厚度一般在10nm～2um
采用甲苯、四氢呋喃等有机溶剂将PS小球及其顶部的介电层和金属层剥离，形成介电层和金属层的网孔结构；网孔周期长度和原始的PS小球周期长度一致，网孔直径和刻蚀后的PS小球直径相关。
钙钛矿层采用MAPbI3等有机金属卤化物半导体钙钛矿材料；制备方法为旋涂、CVD等；厚度一般在100nm～20um
保护层一般采用疏水防氧化聚合物；制备方法为旋涂、CVD等。
本发明的有益效果：本发明在工艺的最后一步、电池的最顶层一次性制备钙钛矿材料及其保护层，可以有效保持钙钛矿材料的性能及提高电池的稳定性；采用背接触结构，可以有效的降低正面电极的遮光损失，提高电池的转换效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种背接触钙钛矿太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1，对本发明进一步详细说明。
一种背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于：采用导电型衬底；制备电子传输层；铺敷单分散层PS小球；利用干法刻蚀技术减小PS小球的直径；制备介电层；制备金属层；剥离PS小球及其顶部的介电层和金属层，形成介电层和金属层的网孔结构；制备钙钛矿层；制备保护层。
实施例1：
1)衬底1采用FTO透明导电玻璃，其方块电阻～15Ω/□
2)电子传输层2采用磁控溅射ZnO，厚度～100nm，在400℃、N2气氛下热处理1h
3)使用的PS小球的原始直径为2um，采用液面单分散层转移法铺敷单分散层PS小球，单分散层PS小球呈六角密堆积结构。
4)采用RIE干法刻蚀，将PS小球的直径减小到1um
5)介电层3采用ALD法制备Al2O3，厚度～50nm
6)金属层4采用磁控溅射Au，厚度～40nm
7)采用甲苯超声波将PS小球及其顶部的Al2O3和Au剥离，形成Al2O3和Au的网孔结构，网孔周期长度为2um，网孔直径～1um，网孔亦呈六角排布。
8)钙钛矿层5采用旋涂法制备MAPbI3，厚度～800nm
9)保护层6采用旋涂法制备疏水防氧化聚合物。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种背接触钙钛矿太阳电池，其特征是包括从下至上依次结构：1）导电型衬底；2）均匀电子传输层；3）介电层；4）金属层；5）钙钛矿层且具有若干孔道穿过介电层和金属层接触到电子传输层；6）钙钛矿层的保护层；导电型衬底采用各种TCO透明导电玻璃、重掺杂的晶体硅片或金属薄片；电子传输层采用ZnO、TiO2或PCBM，制备方法为磁控溅射或旋涂，厚度在10nm～10um；介电层采用Al2O3、SiO2或SiNx，厚度在10nm～2um；金属层采用Au、Pt、Ag或Al，厚度在10nm～2um；所述孔道直径0.5～1.5um。
2.根据权利要求1所述的背接触钙钛矿太阳电池，其特征是钙钛矿层采用MAPbI3有机金属卤化物半导体钙钛矿材料；厚度在100nm～20um。
3.根据权利要求1所述的背接触钙钛矿太阳电池，其特征是保护层采用疏水防氧化聚合物。
4.一种背接触钙钛矿太阳电池制备方法，其特征是包括：1）采用导电型衬底；2）制备电子传输层；3）铺敷单分散层PS小球；4）利用干法刻蚀技术减小PS小球的直径；5）制备介电层；6）制备金属层；7）剥离PS小球及其顶部的介电层和金属层，形成介电层和金属层的网孔结构；8）制备钙钛矿层；9）制备保护层；导电型衬底采用各种TCO透明导电玻璃、重掺杂的晶体硅片或金属薄片；电子传输层采用ZnO、TiO2或PCBM，制备方法为磁控溅射或旋涂，厚度在10nm～10um；PS小球的原始直径在200nm～50um；采用液面单分散层转移法或旋涂铺敷单分散层PS小球；单分散层PS小球呈密堆积结构；采用RIE或ICP干法刻蚀技术，将PS小球的直径减小到原始直径的1/4～3/4；介电层采用Al2O3、SiO2或SiNx，制备方法为ALD、磁控溅射、PECVD或旋涂，厚度在10nm～2um；金属层采用Au、Pt、Ag或Al，制备方法为磁控溅射或热/电子束蒸镀，厚度在10nm～2um；
采用甲苯、四氢呋喃有机溶剂将PS小球及其顶部的介电层和金属层剥离，形成介电层和金属层的网孔结构；网孔周期长度和原始的PS小球周期长度一致，网孔直径和刻蚀后的PS小球直径相关；保护层采用疏水防氧化聚合物，制备方法为旋涂或CVD。
5.根据权利要求4所述的背接触钙钛矿太阳电池制备方法，其特征是钙钛矿层采用MAPbI3有机金属卤化物半导体钙钛矿材料；制备方法为旋涂或CVD；厚度在100nm～20um。
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