CN105470395A - 一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。所述异质结太阳能电池包括：以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片作为光吸收层；两个选择性电荷接触层，分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选择性抽取和收集光吸收层产生的光生电荷；和两个导电玻璃，分别与两个选择性电荷接触层直接接触，以作为正极和负极。所示制备方法包括：获得钙钛矿甲胺铅碘单晶切片；制备选择性电荷接触层；在导电玻璃上沉积选择性电荷接触层；按序将前述各层堆叠，并对其进行热压及封装。本发明的异质结太阳能电池，具备较宽的光吸收范围、较高的电荷传输性能、较长的电荷扩散长度以及较高的晶体质量。

Description

一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能光伏技术的发展是解决目前日益严重的能源和环境问题的一种有效手段。目前市场上广泛应用的是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，其具备较高的能量转换效率和较好的器件稳定性。为了进一步降低太阳能电池的成本和拓展光伏材料范围，人们发展了越来越多的太阳能电池材料和器件结构。钙钛矿甲胺铅碘薄膜太阳能电池是近年来发展的一种基于钙钛矿甲胺铅碘多晶光吸收层薄膜的一种新型光伏器件，其具备多种优异的光电性能，包括：合适的直接带隙，10⁵cm^-1的光吸收系数，较长的电子和空穴寿命以及电荷扩散长度。

虽然钙钛矿薄膜太阳能电池的效率已经得到了显著提升，达到20.1％，接近于多晶硅的效率。但是由于钙钛矿甲胺铅碘多晶薄膜吸光范围较窄，使得其光电流难以有效提高，且其光热稳定性较差，难以大面积沉积，影响了该电池的商业化应用。而钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜相比于钙钛矿甲胺铅碘多晶薄膜，具备更宽的光吸收范围，更长的电荷扩散长度以及更高的晶体质量，因此也是一种理想的光吸收层类型，同时在材料稳定性方面有更大的优势。此外，太阳能电池的发展和成熟为单晶电池的设计和生产积累了丰富的经验，因此在钙钛矿薄膜电池和晶硅电池的基础上发展钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜太阳能电池更容易实现技术的兼容与拓展。目前，尚未有钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜太阳能电池的相关报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种较宽的光吸收范围、高电荷传输性能的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池。

本发明进一步的目的是要提供一种提升电池性能的制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池的方法。

特别地，本发明提供了一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池，包括：

以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片作为所述异质结太阳能电池的光吸收层；

两个选择性电荷接触层，分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选择性抽取和收集所述光吸收层产生的光生电荷；和

两个导电玻璃，分别与两个所述选择性电荷接触层直接接触，以作为所述异质结太阳能电池的正极和负极。

可选地，两个所述导电玻璃中每一导电玻璃包括玻璃载体以及贴合在所述玻璃载体内侧的氟掺杂二氧化锡透明导电层。

可选地，两个所述选择性电荷接触层分别为电子选择性接触层和空穴选择性接触层。

可选地，所述电子选择性接触层包括二氧化钛、二氧化钛掺杂化合物、氧化锌、氧化锌掺杂化合物、二氧化锡以及二氧化锡掺杂化合物中的一种或多种。

可选地，所述空穴选择性接触层包括氧化镍、氧化镍掺杂化合物以及碳材料中的一种或多种。

特别地，本发明还提供了一种制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池的方法，具体步骤包括：

通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶获得所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片；

制备电子选择性接触层和空穴选择性接触层；

分别在两个导电玻璃上沉积所述电子选择性接触层和所述空穴选择性接触层；

按序将所述电子选择性接触层、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片和空穴选择性接触层堆叠，并对其进行热压处理形成样品；

对所述样品进行封装，以获得所述异质结太阳能电池。

可选地，所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片在经过电火花线切割后需要进行表面修复和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。

可选地，所述表面修复的方法包括溶剂修复和热压修复。

可选地，所述电子选择性接触层和空穴选择性接触层的沉积方式为薄膜沉积方法。

可选地，所述薄膜沉积方法为旋涂、喷雾或丝网印刷，其前驱物质为对应的金属离子溶液或直接合成的纳米颗粒分散液。

本发明的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池，具备较宽的光吸收范围、较高的电荷传输性能、较长的电荷扩散长度以及较高的晶体质量。本发明可以提供一种性能良好的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池。

进一步地，本发明的制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池的方法，将传统的晶硅线切割技术进行拓展以应用到钙钛矿甲胺铅碘单晶的切割中，提高了钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的精度。同时，为适应钙钛矿甲胺铅碘单晶材料在机械性能以及耐高温性能方面的不足，本发明采用修复方法降低其表面粗糙度，进一步提高了异质结太阳能电池的制备工艺的适应性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池的结构示意图；

图2是以碳电极作为背电极的电池结构示意图；

图3是以碳电极和空穴选择性接触层作为背电极的电池结构示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池的结构示意图。如图1所示，所述异质结太阳能电池，包括：

以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30作为所述异质结太阳能电池的光吸收层；

两个选择性电荷接触层20，分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选择性抽取和收集所述光吸收层产生的光生电荷；和

两个导电玻璃10，分别与两个所述选择性电荷接触层20直接接触，以作为所述异质结太阳能电池的正极和负极。

本发明的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池，具备较宽的光吸收范围、较高的电荷传输性能、较长的电荷扩散长度以及较高的晶体质量。本发明可以提供一种性能良好的基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池。

参见图1，两个所述导电玻璃10中每一导电玻璃10包括玻璃载体11以及贴合在所述玻璃载体11内侧的氟掺杂二氧化锡透明导电层12(FTO)。其中，玻璃载体11靠近所述选择性电荷接触层20的一侧即为内侧。参见图1，所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12的面积可以小于所述玻璃载体11的面积，所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12可以与所述玻璃载体11的一端相对齐，玻璃载体11还可以与所述选择性电荷接触层20直接接触。

如图1所示，两个所述选择性电荷接触层20分别为电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21。其中，两个导电玻璃10中的两个所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12分别与所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21接触。由于所述氟掺杂二氧化锡透明导电层12具有导电作用，可以使得所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21分别通过导电玻璃10作为异质结太阳能电池的负极和正极。

由于钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜在耐高温性能以及机械强度等方面均远低于硅材料，同时钙钛矿甲胺铅碘也难以实现离子注入以获得掺杂，同时其存在的严重的离子迁移使得稳定的自掺杂难以实现，因此直接套用晶硅太阳能电池的工艺来制备钙钛矿甲胺铅碘单晶薄膜太阳能电池显然难以实现。

因此，本发明还提供了一种制备基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池的方法，包括：

步骤S1、通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶获得所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30；

步骤S2、所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30在经过电火花线切割后需要进行表面修复和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。

步骤S3、制备电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21；

步骤S4、分别在两个导电玻璃10上沉积所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21；

步骤S5、按序将所述电子选择性接触层22、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30和空穴选择性接触层21堆叠，并对其进行热压处理形成样品；

步骤S6、对所述样品进行封装，以获得所述异质结太阳能电池。

在步骤S1中，通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶已获得钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30，其厚度在20微米到数毫米之间可控，切片表面粗糙度可控制在1微米左右，切割速度为1mm/min左右，切割所用冷却液可以选用非极性溶剂，例如乙酸乙酯、正己烷、石油醚、正丁醇或甲苯。切割过程在通风橱中进行。

线切割过程一般包括：首先在钙钛矿甲胺铅碘单晶(厘米量级尺寸)表面蒸镀一层金电极，以提高钙钛矿甲胺铅碘单晶与电火花线切割机的电接触，并作为脉冲负极使用。电极丝采用钼丝，作为脉冲正极使用。使用乙酸乙酯作为切割冷却液。整个切割过程在通风设备以及一定氮气保护下进行。然后按照一定方向将该钙钛矿甲胺铅碘单晶固定在切割机样品固定平台上，使得电极丝与其较大的一个晶面平行。在乙酸乙酯的保护和冷却下，以较慢的速度进行单晶切割。单次切割完成后，即可暴露出所需钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的一个表面。按照所需钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的要求，使用单片机控制程序微量移动样品台至所需位置，然后重复上述切割过程。最终切割获得的钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30直接掉落在样品台下方提前放置的乙酸乙酯中，以洗去钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30表面的浮灰。将钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30从乙酸乙酯中取出，平置于称量纸上，并保持在干燥的流动的氮气氛围中使其自然干燥。

在步骤S2中，所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30在经过电火花线切割后需要进行表面修复和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。表面修复的方法包括溶剂修复与热压修复两种。

其中，溶剂修复选用甲胺作为溶剂，将所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30表面暴露在甲胺水溶液产生的甲胺气氛中数秒，移除甲胺气氛，数分钟后将所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30置于热盘上以100℃热处理10分钟左右。该过程可重复多次直至所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的表面呈现光滑的镜面状。

热压修复过程为将所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30平置于热压机上，所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30上下均平铺一层聚四氟乙烯膜作为热压缓冲层，将热压机上下加热平台均设置为100℃，初始压强设置为0.25MPa，每隔5分钟将压强增大0.05MPa，热压时间为30分钟，最终压强为0.5MPa。本发明优选采用溶剂修复方法。本发明还可以采用将溶剂修复与热压修复相结合的方式以最大化地降低所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30表面的粗糙度。

在步骤S3中，制备电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21。

首先是进行电子选择性接触层22的制备。所述电子选择性接触层22为相应的金属离子溶液或合成的纳米颗粒分散液所制成的薄膜，其包括二氧化钛纳米颗粒、二氧化钛纳米片、二氧化钛掺杂化合物、氧化锌纳米颗粒、氧化锌掺杂化合物、二氧化锡纳米颗粒以及二氧化锡掺杂化合物中的一种或多种。其中，二氧化钛掺杂化合物可以为钇或铌掺杂二氧化钛。氧化锌掺杂化合物可以为铝掺杂氧化锌。二氧化锡掺杂化合物可以为氟掺杂二氧化锡。

二氧化钛纳米颗粒分散液的制备。将0.5mL四氯化钛缓慢加入2mL乙醇中，该过程在冰水混合浴中进行，并保持持续的搅拌。接着向其中加入10mL苯甲醇。在冰水混合浴中持续搅拌该混合溶液，直至黄色澄清溶液。将该混合溶液密封在玻璃小瓶中，并转移到80℃烘箱中，加热处理数小时，直至形成黄白色浊液。加热结束后，将上述浊液转移到离心管中，并向其中加入一定量的乙酸乙酯作为沉淀剂和洗涤剂。通过对离心管中的浊液进行离心可以将其中的固体和液体分离，其沉淀出来的固体即为二氧化钛纳米颗粒。为了除去二氧化钛纳米颗粒表面附着的杂质和反应副产物，可以用乙醇和乙酸乙酯进行多次洗涤和离心操作。最后利用超声手段，将二氧化钛纳米颗粒直接分散在乙醇中，可以得到稳定的二氧化钛纳米颗粒的乙醇分散液。为了控制最终沉积的二氧化钛纳米颗粒薄膜的孔隙率，可以在上述乙醇分散液中溶解一定比例的乙基纤维素(EC)。二氧化钛纳米颗粒的粒径大小可以通过控制反应时间来进行控制。

掺杂钇或铌的二氧化钛纳米颗粒分散液的制备。将一定量的四氯化钛缓慢加入2mL乙醇中，同时溶解一定量的掺杂源，如五氯化铌或氯化钇。其后续反应与二氧化钛纳米颗粒的反应过程相同，在此不再赘述。最终得到掺杂铌的二氧化钛纳米颗粒的乙醇分散液。

二氧化钛纳米片分散液的制备。将5mL钛酸四丁酯与0.6mL氢氟酸加入到聚四氟乙烯材料的水热反应釜中，并搅拌混合均匀。然后在180℃鼓风烘箱中水热反应24小时。反应结束后得到固体产物，待冷却至常温，用乙醇和去离子水作为洗涤剂清洗该固体产物。最后将清洗后的固体产物分散到乙醇溶液中，形成稳定的二氧化钛纳米片的乙醇分散液。

氧化锌纳米颗粒分散液的制备。首先将乙酸锌溶解在二甲基亚砜中，形成0.5M的透明澄清溶液，同时配置二甲基氢氧化铵的乙醇溶液。高速搅拌上述乙酸锌溶液，然后将二甲基氢氧化铵溶液逐滴加入其中。加入完成后获得混合溶液，再对混合溶液持续搅拌30分钟。对该混合溶液进行离心获得沉淀物。该沉淀物即为氧化锌纳米颗粒。采用乙酸乙酯和乙醇作为洗涤剂多次清洗该氧化锌纳米颗粒，最后将清洗过的氧化锌纳米颗粒超声分散到乙醇中形成氧化锌纳米颗粒的乙醇分散液。

二氧化锡纳米颗粒分散液的制备。将四氯化锡加入到苯甲醇中形成澄清溶液。将该澄清溶液密封在玻璃小瓶中，并转移到80℃烘箱中，加热处理数小时，直至生产带有白色沉淀物的浊液。加热结束后，将上述浊液转移到离心管中，并向其中加入一定量的乙酸乙酯作为沉淀剂和洗涤剂。通过对离心管中的浊液进行离心可以将其中的固体和液体分离，其沉淀出来的固体即为二氧化锡纳米颗粒。为了除去二氧化锡纳米颗粒表面附着的杂质和反应副产物，可以用乙醇和乙酸乙酯进行多次洗涤和离心操作。最后利用超声手段，将二氧化锡纳米颗粒分散到乙醇中，获得二氧化锡纳米颗粒的乙醇分散液。

接着是进行空穴选择性接触层21的制备。所述空穴选择性接触层21为相应的金属离子溶液或合成的纳米颗粒分散液所制成的薄膜，其包括氧化镍纳米颗粒、氧化镍掺杂化合物以及碳浆料中的一种或多种。氧化镍掺杂化合物可以为掺杂铜的氧化镍。

氧化镍纳米颗粒分散液的制备。将一定量的氯化镍、尿素溶解在去离子水中形成反应溶液，然后在回流以及高速搅拌的状态下降上述反应溶液保持95℃反应80分钟。经过洗涤和干燥过程得到蓝色的氢氧化镍固体粉末。将该蓝色固体粉末平铺于坩埚中，以550℃高温煅烧2小时，得到灰色固体粉末。将该灰色固体粉末加入到一定量的乙醇中，通过剧烈搅拌、超声过程，然后再静置数小时，得到上层稳定的氧化镍纳米颗粒的乙醇分散液。

掺杂铜的氧化镍纳米颗粒分散液的制备。将一定量的氧化镍、尿素溶解在去离子水中形成反应溶液，同时加入一定量的氯化铜。其后续反应与氧化镍纳米颗粒的反应过程相同，在此不再赘述。最终得到褐色的掺杂铜的氧化镍纳米颗粒的乙醇分散液。

碳浆料的制备。将按照一定比例的石墨片和导电炭黑混合，然后加入到聚乙酸乙烯酯乙酸乙烯溶液中，得到混合溶液。其中碳材料的质量比例为80％，聚乙酸乙烯酯的质量比例为20％。将上述混合溶液高速球磨4小时，得到均匀的碳浆料。

在步骤S4中，分别在两个导电玻璃10上沉积所述电子选择性接触层22和所述空穴选择性接触层21。

在沉积之前首先需要对导电玻璃10进行导电层刻蚀和基底清洗。导电层刻蚀使用激光刻蚀方法，其所用激光波长为1024nm。清洗过程为按照洗洁精、碱性乙醇溶液、去离子水的顺序逐步清洗。清洗完后，利用干燥的空气吹干即获得所需导电玻璃10。

所述电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21的沉积方式为薄膜沉积方法。所述薄膜沉积方法为旋涂、喷雾或丝网印刷。本发明中采用旋涂方法进行乙醇分散液的沉积，将步骤3中所制备的乙醇分散液制成薄膜。在导电玻璃10上以一定转速旋涂纳米颗粒的乙醇分散液，然后在500℃热处理30分钟以获得厚度为50nm左右的较为致密的氧化物层。为了增大薄膜表面孔隙率，以在后续过程中提高其余钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的电接触，在上述氧化物层上继续旋涂含有乙基纤维素的纳米颗粒乙醇分散液，通过高温烧结，最终可获得表层多孔、底层致密的氧化物选择性电荷接触层20。所述选择性电荷接触层20可以根据其前驱物质的乙醇分散液中的不同纳米颗粒成为电子选择性接触层22或空穴选择性接触层21。

碳浆料的沉积与前述乙醇分散液的沉积有所不同。通过刮涂的方法将所述碳浆料刮涂到载玻片上，在50℃下对其进行干燥以部分去除碳浆料中的乙酸乙酯溶剂，然后得到自支撑的碳薄膜，即为碳电极23。

对于沉积完成后的薄膜，可以在不同温度下进行热处理，热处理温度控制在100℃～500℃。

在步骤S5中，按序将所述电子选择性接触层22、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30和空穴选择性接触层21堆叠，并对其进行热压处理形成样品。将经过热处理过的选择性电荷接触层20和表面修复过的钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30按照从上往下以导电玻璃10、电子选择性接触层22、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30、空穴选择性接触层21以及导电玻璃10的顺序堆叠平置在热压机下加热平台上，设置热压机上下加热温度为115℃，压强为0.5MPa，热压时间为30分钟。

在步骤S6中，对所述样品进行封装，以获得所述异质结太阳能电池。为了保证该电池结构以及接触能够稳定存在，对其进行热压的同时，可以使用热熔胶40将电池同步封装。在热压过程结束后，首先结束加热，一定时间后再撤销压力。

下面将结合具体的实施例，详细介绍不同电池结构的单晶异质结电池的组装过程以及电池性能。本发明采用的电池效率测量采用计算机控制的数字源表(型号为Keithley2602)进行测试和记录。测量采用四电极法，电压源的正极连接在电池中与空穴选择性接触层21直接接触的导电玻璃10上，电压源的负极连接在电池中与电子选择性接触层22直接接触的导电玻璃10上，同此连接方式，电流探测电极的正极连接在电池中与空穴选择性接触层21直接接触的导电玻璃10上，电流探测电极的负极连接在电池中与电子选择性接触层22直接接触的导电玻璃10上。光源使用500W氙灯，入射光强为100mW/cm²，光照面积为0.1cm²。除非另有说明，各实施例中的光电性能测量在室温下进行。

实施例1

本实施例将介绍本发明在基于不同氧化物纳米薄膜作为选择性电荷接触层20的钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30的异质结太阳能电池的组装和性能效果。

将导电玻璃10、选择性电荷接触层20以及钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30按照图1所示顺序堆叠形成三明治结构。为了获得稳定的电池结构，上述各层堆叠的同时，在两个玻璃载体11之间平置一层热熔胶40薄膜。本发明采用热压方法使得各层进行直接接触，并利用热熔胶40的热塑和封装效果使得电池结构和接触保持稳定。设置热压机上下加热平台温度为115℃，压强为0.5MPa，热压时间为30分钟。然后自然降温，待常温后再撤消压力。电子选择性接触层22和空穴选择性接触层21厚度均为80nm左右，表面多孔，钙钛矿单晶切片厚度为20微米。

本例中所获得的电池性能表见表1，电池效率最高的为在以二氧化锡纳米颗粒作为电子选择性接触层22和以掺杂铜的氧化镍纳米颗粒作为空穴选择性接触层21的电池，其效率为5.5％。此外，从表1中可以发现，通过离子掺杂可以提高选择性电荷接触层20的导电性，从而提高电池的填充因子和光电流大小。

表1

实施例2

本实施例研究了热压过程中是否采用热熔胶40进行封装对电池性能的影响，其电池性能的影响，其电池性能见表2。可见，如果不采用热熔胶40封装，最终获得的电池电流、电压以及最终效率都很低，这可能是因为没有封装时，当结束热压过程压力撤销后，电池不同层之间不能保持良好的机械和电接触。因此，本发明的热压同步封装的电池制备方法对应保证电池性能非常重要。

表2

实施例3

本实施例给出了以碳浆料制成的碳电极23作为背电极的电池的性能表征。以碳电极23作为背电极时，需要配备铝箔50以增加其导电性能。图2是以碳电极23作为背电极的电池结构示意图。对于图2所示电池的热压制备过程为，将覆盖有二氧化锡薄膜层的导电玻璃10、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片30、碳电极23、铝箔50、导电玻璃10按照从下到上的顺序平置于热压机台面上，同时在上下导电玻璃10间平铺一层热熔胶40薄膜，在90℃，0.5MPa热压条件下保持30分钟。热压完成后按序撤销热源与压力。最终获得图2所示的电池。

图3是以碳电极23和空穴选择性接触层21作为背电极的电池结构示意图。对于图3所示电池的热压制备过程为，首先在获得碳电极23后，利用喷涂手段，在碳电极23表面喷涂一层100nm厚度左右的掺杂铜的氧化镍纳米颗粒薄膜，并按照上述过程进行热压处理，最终获得图3所示的电池。

以碳电极23作为背电极的电池性能见表3。其中，以碳电极23作为背电极，电池效率为3.2％，而增加掺杂铜的氧化镍纳米颗粒薄膜之后，电池效率可以提升到4.5％。通过离子掺杂可以提高选择性电荷接触层20的导电性，从而提高电池的效率。

表3

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种基于钙钛矿甲胺铅碘单晶切片的异质结太阳能电池，包括：

以钙钛矿甲胺铅碘单晶切片作为所述异质结太阳能电池的光吸收层；

两个选择性电荷接触层，分别贴合在所述光吸收层的两面以构成PN结，从而选择性抽取和收集所述光吸收层产生的光生电荷；和

两个导电玻璃，分别与两个所述选择性电荷接触层直接接触，以作为所述异质结太阳能电池的正极和负极。

2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，两个所述导电玻璃中每一导电玻璃包括玻璃载体以及贴合在所述玻璃载体内侧的氟掺杂二氧化锡透明导电层。

3.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其中，两个所述选择性电荷接触层分别为电子选择性接触层和空穴选择性接触层。

4.根据权利要求3所述的异质结太阳能电池，其中，所述电子选择性接触层包括二氧化钛、二氧化钛掺杂化合物、氧化锌、氧化锌掺杂化合物、二氧化锡以及二氧化锡掺杂化合物中的一种或多种。

5.根据权利要求3或4所述的异质结太阳能电池，其中，所述空穴选择性接触层包括氧化镍、氧化镍掺杂化合物以及碳材料中的一种或多种。

6.一种制备权利要求3-5中任一项所述的异质结太阳能电池的方法，具体步骤包括：

通过电火花线切割钙钛矿甲胺铅碘单晶获得所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片；

制备电子选择性接触层和空穴选择性接触层；

分别在两个导电玻璃上沉积所述电子选择性接触层和所述空穴选择性接触层；

按序将所述电子选择性接触层、钙钛矿甲胺铅碘单晶切片和空穴选择性接触层堆叠，并对其进行热压处理形成样品；

对所述样品进行封装，以获得所述异质结太阳能电池。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述钙钛矿甲胺铅碘单晶切片在经过电火花线切割后需要进行表面修复和表面重结晶以降低其表面粗糙度和缺陷。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述表面修复的方法包括溶剂修复和热压修复。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中，所述电子选择性接触层和空穴选择性接触层的沉积方式为薄膜沉积方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述薄膜沉积方法为旋涂、喷雾或丝网印刷，其前驱物质为对应的金属离子溶液或直接合成的纳米颗粒分散液。