CN106024985A - 叠层太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池领域，具体公开了一种叠层太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：提供具有牺牲层的衬底；在牺牲层上形成中间层以及钙钛矿电池模块；通过水解将中间层及钙钛矿电池模块从衬底上剥离，并转移到硅电池模块上；在钙钛矿电池模块上形成外接电极。上述制备方法，采用先在衬底上制备钙钛矿电池模块，然后将钙钛矿电池模块剥离出来，并转移到硅电池模块上，形成一体化的叠层太阳能电池。顶底电池的制备分开，相互不受影响，从而增加了电池中各功能层的材料选择性以及制作工艺的选择性，并且还可以兼容硅电池的绒面结构。本发明还公开了一种叠层太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳光谱的能量分布较宽，一种半导体材料只能吸收能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池而不能被利用；高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。因此单结太阳能电池的理论转换效率的一般较低。
于是出现了叠层太阳能电池，其一般由宽禁带带隙的顶电池单元、中间层和窄带带隙的底电池三部分依次层叠而成。叠层太阳能电池可以让短波长的光被顶电池单元利用，波长较长的光透过顶电池单元被底电池单元利用，这样就有可能最大限度地将光能变成电能，提高太阳能电池的理论转换效率。
将成本较低的钙钛矿电池和技术最成熟的硅电池结合制备叠层电池，被认为是一种很有潜力的高效电池新技术。目前叠层太阳能电池的制备方法，大致有两种，一种是机械叠层法，只是简单的机械堆叠，不能充分发挥叠层太阳能电池的性能。于是出现了另一种方法，即一体化制作方法，具体地为先制作硅电池，然后以硅电池作为衬底沉积钙钛矿电池的各功能层。但是这种方法，最后形成钙钛矿电池，在形成钙钛矿电池时，其材料及其制备工艺的选择均会受到硅底电池的限制，选择不当可使硅电池或钙钛矿电池造成损伤，从而影响叠层太阳能电池的性能，甚至无法制备出合格的叠层太阳能电池。例如，选择异质结太阳能电池作为底电池，选择二氧化钛致密层作为顶电池的电子传输层，由于异质结太阳能电池不能兼容高温烧结工艺，而此时二氧化钛致密层又需要高温烧结得到，这样顶电池的制备势必对异质结太阳能电池造成严重损害。
发明内容
基于此，有必要针对现有的叠层太阳电池中顶电池制备受到底电池的限制的问题，提供一种顶电池和底电池分开制备的叠层太阳能电池的制备方法。
一种叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底，所述衬底具有牺牲层；
在所述衬底的牺牲层上形成中间层以及钙钛矿电池模块；
通过水解将所述中间层及钙钛矿电池模块从所述衬底上剥离，并转移到硅电池模块上；
在所述钙钛矿电池模块上形成外接电极。
上述叠层太阳能电池的制备方法，采用先在衬底上制备钙钛矿电池模块，然后将钙钛矿电池模块剥离出来，并转移到硅电池模块上，形成一体化的叠层太阳能电池。顶底电池的制备分开，相互不受影响，从而增加了电池中各功能层的材料选择性以及制作工艺的选择性，并且还可以兼容硅电池的绒面结构。若在绒面结构上直接制备钙钛矿电池，会使得钙钛矿光敏层的薄膜质量严重下降而对钙钛矿电池造成严重损害。
在其中一个实施例中，所述衬底通过如下方式制备：
在硅片上生长二氧化硅层，然后电子束蒸发或热蒸发沉积金属以形成所述牺牲层；所述金属选自Ni、Cu、或Ti。
在其中一个实施例中，在水解之前，还包括在所述钙钛矿电池模块外形成透明防水保护层。
在其中一个实施例中，所述转移以热释放胶带作为转移载体。
在其中一个实施例中，在转移之前，还包括在硅电池模块的顶面上喷涂透明导电粘结剂。
在其中一个实施例中，所述透明导电粘结剂为聚乙撑二氧噻吩。
在其中一个实施例中，所述外接电极通过丝网印刷工艺形成。
在其中一个实施例中，所述形成外接电极的步骤在转移的步骤之后进行。
在其中一个实施例中，所述中间层为透明导电薄膜层。
本发明还提供了一种叠层太阳能电池。
一种叠层太阳能电池，其通过本发明所提供的叠层太阳能电池的制备方法制备。
上述叠层太阳能电池，由于采用本发明所提供的制备方法，其各功能层的材料选择性以及制作工艺的选择性大大增加，并且还可以兼容硅电池的绒面结构。
附图说明
图1为本发明一实施例在衬底上形成钙钛矿电池模块后的结构示意图。
图2为本发明一实施例的硅电池模块的结构示意图。
图3为本发明一实施例的叠层太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种叠层太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：
S1、提供衬底，衬底具有牺牲层。
参见图1，具体地，衬底900包括基底910、以及形成在基底910上的牺牲层920；优选地，衬底900还包括位于牺牲层920和基底910之间的过渡层930。
优选地，衬底900通过如下方式形成：在硅片上生长二氧化硅，然后用电子束蒸发或热蒸发沉积金属；在沉积过程中金属与SiO2反应生成金属硅化物或金属氧化物，从而形成牺牲层。也就是说，基底的材质为硅，过渡层的材质为二氧化硅，牺牲层的材质为金属与SiO2反应生成金属硅化物或金属氧化物。其中，优选地，金属选自Ni、Cu、或Ti。在本实施例中，金属为Ni。
本发明对生长二氧化硅的厚度没有特殊限制。在本实施例中，二氧化硅的生长厚度为300nm。
优选地，金属的沉积厚度为3～10nm。这样既可以节约沉积时间，又可以形成良好的牺牲层。在本实施例中，金属的沉积厚度为3nm。
本发明的衬底可重复使用。重复使用时，只需沉积金属重新形成牺牲层920即可。
S2、在衬底900的牺牲层920上形成中间层300以及钙钛矿电池模块100’。
其中，中间层300优选为透明导电薄膜层。更优选地，中间层300采用PVD物理气相沉积、或RPD活性等离子体沉积。在本实施例中，中间层300的制作为：在牺牲层920上RPD沉积ITO。
其中，在中间层300上形成钙钛矿电池模块100’的具体步骤包括：
在中间层300上形成电子传输层160；
在电子传输层160上形成光敏层110；
在光敏层110上形成空穴传输层120；
在空穴传输层120上形成保护层130；
在保护层130上形成第一透明导电薄膜层140。
更优选地，在中间层300上形成钙钛矿电池模块100’的具体步骤为：在中间层300上喷涂钛酸异丙酯溶液，然后在500℃下烧结30min，形成TiO2致密薄膜(即电子传输层160)。在TiO2致密薄膜上化学喷涂或热蒸发形成钙钛矿薄膜(即光敏层110)。在钙钛矿薄膜上化学喷涂形成Spiro-OMeTAD(即空穴传输层120)，接着热蒸发形成非化学计量比的氧化钼MoOx(即保护层130)，最后沉积第一透明导电薄膜层140。当然，可以理解的是，本发明钙钛矿电池模块100’的形成步骤并不局限于上述形式，本领域技术人员可以根据实际情况做适当调整。
S3、通过水解将中间层300及钙钛矿电池模块100’从衬底上剥离，并转移到硅电池模块上。
为了保护钙钛矿电池模块100’不受水解影响，优选地，在水解之前，在钙钛矿电池模块100’外形成透明防水保护层。
更优选地，透明防水保护层采用ProTeK，透明防水保护层通过喷涂的方式形成。
为了方便转移，在转移时优选采用热释放胶带作为转移载体。具体地，在形成透明防水保护层的钙钛矿电池模块100’上粘贴热释放胶带。当然，可以理解的是，在热释放胶带具有防水功能的情况下，也可以不包括形成透明防水层的步骤。
优选地，在水解之前，将热释放胶带粘贴在透明防水保护层上。这样更加便于水解操作。
其中，水解操作是将衬底和钙钛矿电池模块100’整体浸入水中，水从两侧渗透进入牺牲层920，牺牲层920中金属的硅化物或氧化物与水发生水解，从而牺牲层920溶解，中间层300与衬底分离，即实现钙钛矿电池模块100’从衬底上剥离。
其中，参见图2，本实施例的硅电池模块200具体包括：晶体硅片210，依次位于晶体硅片210的一侧(图2中的上侧)上的第一本征层220、第一掺杂非晶硅层230、第三透明导电薄膜层250；以及依次位于晶体硅片210的另一侧(图1中的下侧)的第二本征层260、第二掺杂非晶硅层270、第四透明导电薄膜层280、及第二电极290。
当然，可以理解的是，本发明对硅电池模块及其制备方法均没有特殊限制，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的硅电池模块以及其制备方法。
其中，转移的具体步骤为：以热释放胶带为支撑，将钙钛矿电池模块通过透明导电粘结剂粘贴在硅电池模块上。
优选地，事先在硅电池模块200的顶面喷涂聚乙撑二氧噻吩(PEDOT，Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))，然后将钙钛矿电池模块100’粘结在硅电池模块200上。可以理解的是，透明导电粘结剂还可以是其他透明导电高分子材料。
在转移完毕之后，加热热释放胶带，将热释放胶带从钙钛矿电池模块100’的顶面撕除剥离。
S5、在钙钛矿电池模块100’的顶面形成外接电极190。
优选地，外接电极190可以通过丝印或热蒸发形成。
当然，可以理解的是，步骤S5还可以在步骤S3之前，即在水解之前，在形成钙钛矿电池模块100’之后紧接着形成外接电极190。
最后形成叠层太阳能电池见图3。
上述叠层太阳能电池的制备方法，采用现在衬底上制备钙钛矿电池模块，然后将钙钛矿电池模块剥离出来，并转移到硅电池模块上，形成一体化的叠层太阳能电池。顶底电池的制备分开，相互不受影响，从而增加了电池中各功能层的材料选择性以及制作工艺的选择性，并且还可以兼容硅电池的绒面结构。
本发明还提供了一种叠层太阳能电池。
一种叠层太阳能电池，其通过本发明所提供的叠层太阳能电池的制备方法制备。
上述叠层太阳能电池，由于采用本发明所提供的制备方法，其各功能层的材料选择性以及制作工艺的选择性大大增加，并且还可以兼容硅电池的绒面结构。
上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底，所述衬底具有牺牲层；
在所述衬底的牺牲层上形成中间层以及钙钛矿电池模块；
通过水解将所述中间层及钙钛矿电池模块从所述衬底上剥离，并转移到硅电池模块上；
在所述钙钛矿电池模块上形成外接电极。
2.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述衬底通过如下方式制备：
在硅片上生长二氧化硅层，然后电子束蒸发或热蒸发沉积金属以形成所述牺牲层；所述金属选自Ni、Cu、或Ti。
3.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在水解之前，还包括在所述钙钛矿电池模块外形成透明防水保护层。
4.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述转移以热释放胶带作为转移载体。
5.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在转移之前，还包括在硅电池模块的顶面上喷涂透明导电粘结剂。
6.根据权利要求5所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述透明导电粘结剂为聚乙撑二氧噻吩。
7.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述外接电极通过丝网印刷工艺形成。
8.根据权利要求7所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述形成外接电极的步骤在转移的步骤之后进行。
9.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述中间层为透明导电薄膜层。
10.一种叠层太阳能电池，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的制备方法制成。
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| CN201610550262.4A Active CN106024985B (zh) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | 叠层太阳能电池及其制备方法 |
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| CN (1) | CN106024985B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106887482A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-23 | 中南大学 | 一种机械式叠层太阳能电池及其制备方法 |
| CN108281376A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-13 | 南京工业大学 | 一种半导体器件的制备方法 |
| CN109841742A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-04 | 信阳师范学院 | 一种用石墨烯作为导电电极的高稳定性钙钛矿太阳能电池 |
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| WO2022260299A1 (ko) * | 2021-06-11 | 2022-12-15 | 샹라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 | 태양 전지, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 |
| WO2023173171A1 (en) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | A transferrable photovoltaic device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020006708A1 (en) * | 1998-06-16 | 2002-01-17 | Kang Sang-Bum | Method of forming selective metal layer and method of forming capacitor and filling contact hole using the same |
| CN104979474A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-10-14 | 中国科学院半导体研究所 | 基于钙钛矿电池和hit电池的叠层太阳能电池及制作方法 |
-
2016
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Patent Citations (2)
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| US20020006708A1 (en) * | 1998-06-16 | 2002-01-17 | Kang Sang-Bum | Method of forming selective metal layer and method of forming capacitor and filling contact hole using the same |
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| CN106024985B (zh) | 2017-05-31 |
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