CN109390430A - 一种叠层太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叠层太阳能电池及其制备方法，包括顶电池、硅基合金薄膜隧穿结和底电池，所述硅基合金薄膜隧穿结位于顶电池和底电池之间，所述硅基合金薄膜隧穿结包括n型层和p型层；所述n型层包括至少一层n型硅基合金薄膜层，所述n型硅基合金薄膜层为n型的SiOx层或n型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1；所述p型层包括至少一层p型硅基合金薄膜层，所述p型硅基合金薄膜层为p型的SiOx层或p型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1。本发明的叠层太阳能电池具有增大带隙的隧穿结，隧穿结对光的吸收减小，提高了叠层电池的短路电流，使得叠层电池的光电转换效率提高。

Description

一种叠层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，特别是指一种叠层太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池因其具有光电转换效率高、成本低、制作简单等突出优点，成为最具前景的太阳能电池，同时也是研究热点。宽带隙的钙钛矿吸收层非常有利于和硅基太阳能电池组成双结电池，且具有优于钙钛矿单结电池的稳定性，但是钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率和理论效率依然有较大的差距。
目前研究的钙钛矿/硅基异质结叠层电池一般在顶电池和底电池之间设置一种高浓度掺杂层，其作用是复合顶电池和底电池收集的电荷，减小或消除顶电池和底电池在叠层电池的界面处产生与整个电池pn结方向相反的反向pn结，使得两个电池有效的串联在一起形成叠层电池。现有技术中采用硅基薄膜作为叠层太阳能电池的隧穿结，硅基薄膜隧穿结易高浓度掺杂，能够形成较好的隧穿效果，并且易于产业化制备，取得了较好的结果。
硅基薄膜(非晶硅、纳米硅)隧穿结一般由高掺杂的p型层和n型层构成。p型层靠近叠层电池界面上的p型材料，n型层靠近叠层电池界面上的n型材料。应用于钙钛矿/硅基异质结叠层电池的钙钛矿顶电池的吸收层理想带隙为1.75eV，目前的隧穿结采用非晶硅(带隙1.72eV)或者纳米硅(带隙1.2eV)的带隙均小于钙钛矿吸收层的带隙。当光照射入太阳电池时，顶电池的吸收层先吸收光子能量大于等于1.75eV的光；小于1.75eV光的透过钙钛矿太阳电池，进入隧穿结和硅基异质结底电池。由于隧穿结带隙为1.72eV或者1.2eV，部分透过钙钛矿吸收层的光会被隧穿结吸收，导致进入硅基异质结电池吸收层的光子数量减少，进而使得硅基异质结电池的电流减小。对于叠层电池而言，其电流由叠层电池中电流较小的电池决定，因此底电池电流的减小降低了整个叠层电池的电流，影响了叠层电池的光电转换效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种叠层太阳能电池，提高隧穿结的带隙，减小隧穿结对光的吸收，进而提高叠层电池的光电转换效率。
基于上述目的本发明提供的一种叠层太阳能电池，包括顶电池、硅基合金薄膜隧穿结和底电池，所述硅基合金薄膜隧穿结位于顶电池和底电池之间，所述硅基合金薄膜隧穿结包括n型层和p型层；所述n型层包括至少一层n型硅基合金薄膜层，所述n型硅基合金薄膜层为n型的SiOx层或n型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1；所述p型层包括至少一层p型硅基合金薄膜层，所述p型硅基合金薄膜层为p型的SiOx层或p型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1。
在本发明的一些实施例中，所述SiOx层为非晶SiOx层或纳米SiOx层；所述SiCy层为非晶SiCy层或纳米SiCy层。
在本发明的一些实施例中，所述非晶SiOx层的带隙为1.73ev～2.4ev；所述非晶SiCy层的带隙为1.73ev～2.5ev；所述纳米SiOx层的带隙为1.2ev～2.4ev；所述纳米SiCy层的带隙为1.2ev～2.5ev。
在本发明的一些实施例中，所述p型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述p型硅基合金薄膜的厚度占所述p型层的总厚度的比例大于5％。
在本发明的一些实施例中，所述n型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述n型硅基合金薄膜的厚度占所述n型层的总厚度的比例大于5％。
在本发明的一些实施例中，所述顶电池为钙钛矿电池，所述底电池为硅基异质结电池。
在本发明的一些实施例中，所述硅基异质结电池包括非晶硅n层，所述钙钛矿电池包括空穴传输层；所述n型层设置在所述非晶硅n层的第一表面上，所述空穴传输层设置在所述p型层表面上。
在本发明的一些实施例中，所述硅基异质结电池还包括依次设置在所述非晶硅n层的第二表面上的第一本征非晶硅层、晶体硅片、第二本征非晶硅层和非晶硅p层。
在本发明的一些实施例中，所述钙钛矿电池还包括依次设置在所述空穴传输层上的吸收层和电子传输层。
在本发明的一些实施例中，还包括依次设置在所述底电池下的背面透明导电层和背面导电栅线。
在本发明的一些实施例中，还包括依次设置在所述顶电池上的正面透明导电层和正面导电栅线。
本发明还提供一种前述叠层太阳能电池的制备方法，包括硅基合金薄膜隧穿结的n型层和p型层的制备步骤，所述制备步骤包括使用掺杂剂甲烷或者二氧化碳，利用化学气相沉积或者原子层沉积制备至少一层所述n型硅基合金薄膜层以及至少一层所述p型硅基合金薄膜层。
在本发明的一些实施例中，所述化学气相沉积选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积和催化化学气相沉积。
在本发明的一些实施例中，所述制备步骤中通过掺入含磷的有机物形成n型硅基合金薄膜层或含硼的有机物形成p型硅基合金薄膜层。
在本发明的一些实施例中，还包括制备硅基异质结电池的步骤：在晶体硅片的两个表面通过化学气相沉积制备第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层，在所述第一本征非晶硅层沉积一层n型非晶硅形成非晶硅n层，在所述第二本征非晶硅层沉积一层p型非晶硅形成非晶硅p层；在所述非晶硅n层上实现所述硅基合金薄膜隧穿结的n型层的制备步骤。
在本发明的一些实施例中，还包括制备钙钛矿电池的步骤：在所述硅基合金薄膜隧穿结的p型层上依次沉积所述钙钛矿电池的空穴传输层、吸收层和电子传输层。
在本发明的一些实施例中，还包括在所述非晶硅p层上制备背面透明导电层和背面导电栅线的步骤，以及在所述电子传输层上制备正面透明导电层和正面导电栅线的步骤。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种叠层太阳能电池及其制备方法，通过在硅基薄膜隧穿结中掺杂碳元素或者氧元素，使其成为硅基合金薄膜隧穿结，增大隧穿结的带隙，减小隧穿结对光的吸收，提高进入底电池的光子数量及底电池的电流密度，提高叠层电池的短路电流，最终提高叠层电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明中提供的一种叠层太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明提供一种叠层太阳能电池，包括顶电池、硅基合金薄膜隧穿结和底电池，所述硅基合金薄膜隧穿结位于顶电池和底电池之间，所述硅基合金薄膜隧穿结包括n型层和p型层；所述n型层包括至少一层n型硅基合金薄膜层，所述n型硅基合金薄膜层为n型掺杂的SiOx层或n型掺杂的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1；所述p型层包括至少一层p型硅基合金薄膜层，所述p型硅基合金薄膜层为p型掺杂的SiOx层或p型掺杂的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1。现有技术硅基薄膜隧穿结带隙小于顶电池，不可避免的隧穿结部分吸收原本应进入底电池的光子，导致进入底电池的光子数量减少，进一步导致底电池的电流减小，限制底电池的电流密度。本发明的技术方案，通过掺杂碳元素或者氧元素形成的硅基合金薄膜隧穿结具有更高的带隙，能够有效减少隧穿结对光的吸收，提高进入底电池的光子数量，进而增大底电池的电流密度，也就提高了整个叠层电池的短路电流，使得叠层电池具有更高的光电转换效率。
在本发明中，所述SiOx层为非晶SiOx层或纳米SiOx层；所述SiCy层为非晶SiCy层或纳米SiCy层。所述非晶SiOx层的带隙为1.73ev～2.4ev；所述非晶SiCy层的带隙为1.73ev～2.5ev；所述纳米SiOx层的带隙为1.2ev～2.4ev；所述纳米SiCy层的带隙为1.2ev～2.5ev。优选的，非晶SiOx层的带隙为1.73ev～2.0ev；所述非晶SiCy层的带隙为1.73ev～2.0ev，所述纳米SiOx层的带隙为1.2ev～2.0ev；所述纳米SiCy层的带隙为1.2ev～2.0ev，这样的带隙范围形成的硅基合金薄膜隧穿结能够减少对透过顶电池的光子吸收，增加进入底电池的光子数量，同时不影响电子和空穴进入隧穿结，保证良好的隧穿效果。
在本发明中，晶化率指纳米硅合金薄膜层中构成晶体相的硅原子占这个膜层中硅原子的百分比，纳米SiOx层或纳米SiCy层中的晶化率为1％～70％。
在本发明的一些实施例中，所述n型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述n型硅基合金薄膜的厚度占所述n型层的总厚度的比例大于5％。具体的，n型层可由n型的非晶SiOx、n型的非晶SiCy、n型的纳米SiOx、n型的纳米SiCy分别形成的单层薄膜构成；也可以由n型的非晶Si、n型的非晶SiOx、n型的非晶SiCy、n型的纳米Si、n型的纳米SiOx、n型的纳米SiCy形成的薄膜中的至少两种叠加构成且其中至少一种选自n型的非晶SiOx、n型的非晶SiCy、n型的纳米SiOx和n型的纳米SiCy。
在本发明的一些实施例中，所述p型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述p型硅基合金薄膜的厚度占所述p型层的总厚度的比例大于5％。具体的，p型层可由p型的非晶SiOx、p型的非晶SiCy、p型的纳米SiOx、p型的纳米SiCy分别形成的单层薄膜构成；也可以由p型的非晶Si、p型的非晶SiOx、p型的非晶SiCy、p型的纳米Si、p型的纳米SiOx、p型的纳米SiCy形成的薄膜中的至少两种叠加构成且其中至少一种选自n型的非晶SiOx、n型的非晶SiCy、n型的纳米SiOx和n型的纳米SiCy。
在本发明中，n型的非晶SiOx层或者n型的非晶SiCy层中磷含量的原子百分比为0.05％～20％；p型的非晶SiOx层或者p型的非晶SiCy层中硼含量的原子百分比为0.05％～20％。
在本发明中，n型的纳米SiOx层或者n型的纳米SiCy层中磷含量的原子百分比为0.02％～10％；p型的纳米SiOx层或者p型的纳米SiCy层中硼含量的原子百分比为0.02％～10％。
在本发明的一些实施例中，叠层太阳能电池选自钙钛矿/铜铟镓硒叠层薄膜太阳电池、非晶硅/铜铟镓硒叠层薄膜太阳电池或钙钛矿/硅基异质结叠层太阳电池。
如图1所示，为本发明的一种叠层太阳能电池的结构示意图，具体的，顶电池为钙钛矿电池，底电池为硅基异质结电池。所述硅基异质结电池包括依次设置的非晶硅n层7、第一本征非晶硅层6、晶体硅片5、第二本征非晶硅层4和非晶硅p层3，硅基合金薄膜隧穿结的所述n型层8设置在所述非晶硅n层7的第一表面上，所述p型层9设置所述n型层8上。所述钙钛矿电池包括依次设置在所述p型层9表面上的空穴传输层10、吸收层11和电子传输层12。此外，还包括依次设置在所述底电池下的背面透明导电层2和背面导电栅线1以及依次设置在所述顶电池上的正面透明导电层13和正面导电栅线14。
光照时，光通过正面导电栅线14及正面透明导电层13进入钙钛矿/硅基异质结叠层太阳电池。光进入太阳电池后，短波长(光子能量大于钙钛矿吸收层带隙)的光被钙钛矿吸收层11吸收，产生电子空穴对，电子向电子传输层12移动，空穴向空穴传输层10移动。剩余的透过钙钛矿电池后继续向下传播，通过掺入碳元素或者氧元素形成的硅基合金薄膜隧穿结，由于隧穿结的带隙提高，光子能量小于隧穿结的带隙，不被隧穿结吸收，也就是减少了隧穿结对光子的吸收，使得大部分光子能够透过隧穿结进入硅基异质结电池。硅基异质结电池吸收光子产生电子空穴对，电子向非晶硅n层7移动，空穴向非晶硅p层3移动。在隧穿结附近，来自钙钛矿电池吸收层11的空穴通过空穴传输层10进入隧穿结的p型层9；来自硅基异质结电池晶体硅片5的电子通过非晶硅n层7进入隧穿结n型层8，然后在隧穿结中复合。钙钛矿吸收层11的电子通过电子传输层12进入透明导电层13和正面导电栅线14被引出，成为叠层电池的负极；硅基异质结电池的晶体硅片5的空穴通过非晶硅p型层3进入背面透明导电层2和背面导电栅线1被引出，成为叠层电池的正极。
本发明还提供前述叠层太阳能电池的制备方法，包括硅基合金薄膜隧穿结的n型层8和p型层9的制备步骤，所述制备步骤包括使用掺杂剂甲烷或者二氧化碳，利用化学气相沉积或者原子层沉积(ALD)制备至少一层所述n型硅基合金薄膜层以及至少一层所述p型硅基合金薄膜层。掺杂剂为甲烷时，形成的为SiCy层；掺杂剂为二氧化碳时，形成的为SiOx层。进一步的，所述化学气相沉积选自等离子体增强化学气相沉积(PECVE)、热丝化学气相沉积(HW-CVD)和催化化学气相沉积(Cat-CVD)。
在本发明的一些实施例中，通过掺入含磷的有机物形成n型硅基合金薄膜层或含硼的有机物形成p型硅基合金薄膜层。进一步的，含磷的有机物为磷烷(PH3)；含硼的有机物选自硼烷或三甲基硼，进一步的，硼烷为乙硼烷。
本发明提供的制备方法还包括制备硅基异质结电池的步骤，在晶体硅片5的两个表面通过化学气相沉积制备第一本征非晶硅层6和第二本征非晶硅层4，在所述第一本征非晶硅层6沉积一层n型非晶硅形成非晶硅n层7，在所述第二本征非晶硅层4沉积一层p型非晶硅形成非晶硅p层3；在所述非晶硅n层7上实现所述硅基合金薄膜隧穿结的n型层8的制备步骤。进一步的，晶体硅片5选自n型硅片和p型硅片，一般厚度为150微米到250微米。
更进一步的，还包括制备钙钛矿电池的步骤，在所述硅基合金薄膜隧穿结的p型层9上依次沉积所述钙钛矿电池的空穴传输层10、吸收层11和电子传输层12。进一步的，空穴传输层10的材料选自硫氰酸亚铜(CuSCN)或有机小分子。所述有机小分子选自聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)或2,2',7,7'-四(二-对甲苯基氨基)螺-9,9'-二芴(spiro-TTB)。进一步的，吸收层材料选自FA1-xCsxPbI3，其中0.1<x≤1，或者FA1-xMAxPbI3，其中0.05<x<0.8。进一步的，电子传输层12的材料选自SnO2、TiO2或ZnO，通过原子层沉积(ALD)制作。
更进一步的，还包括在所述非晶硅p层3上制备背面透明导电层2和背面导电栅线1的步骤，以及在所述电子传输层12上制备正面透明导电层13和正面导电栅线14的步骤。进一步的，背面透明导电层2和正面透明导电层13采用氧化铟锡(ITO)或铝氧化锌(AZO)或氧化铟钨(IWO)为材料通过磁控溅射制备。进一步的，背面导电栅线1和正面导电栅线14为银栅，采用丝网印刷制作。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的叠层太阳能的结构和制备方法。
实施例1
本实施例提供一种钙钛矿/硅基异质结叠层太阳能的制备方法，包括：
步骤1：在清洗制绒好的n型硅片5上在两个表面通过等离子体增强化学气相沉积各镀一层本征非晶硅层，厚度分别为10nm和15nm；
步骤2：在15nm厚的第二本征非晶硅层4上沉积一层p型非晶硅形成非晶硅p层3，厚度为10nm；在10nm厚的第一本征非晶硅层6上沉积一层n型非晶硅形成非晶硅n层7，厚度为15nm；
步骤3：在非晶硅p层3上通过磁控溅射制备背面透明导电层2，材料为氧化铟锡(ITO)，厚度为60nm；
步骤4：在非晶硅n层7上通过PECVD制备隧穿结；
具体的，先在非晶硅n层7上制备硅基合金薄膜隧穿结的n型层8，沉积气氛为硅烷、氢气、二氧化碳、磷烷(比列为80：10000：100：3)，沉积压力为240pa，沉积温度为160℃，功率密度为2000瓦/平方米，电源频率为40MHz，形成厚度为30nm的纳米SiOx层，；
然后在硅基合金薄膜隧穿结的n型层8上制备隧穿结的p型层9，沉积气氛为硅烷、氢气、二氧化碳、三甲基硼(比例为180：100：100：5)，沉积压力为30pa，沉积温度为200℃，功率密度为200瓦/平方米，电源频率为13.56MHz，形成厚度为20nm的非晶SiOx层；
步骤5：在隧穿结的p型层9上沉积钙钛矿太阳电池的空穴传输层10；材料为硫氰酸亚铜(CuSCN)，沉积方法为真空蒸发，蒸发源温度为140℃，沉积压力为1pa，膜厚为10nm；
步骤6：在空穴传输层10上沉积钙钛矿吸收层11，吸收层材料为FA0.9MA0.1PbI3；沉积方法真空共蒸发，蒸发原材料分别为碘化甲脒(FAI)、碘化甲胺(MAI)、PbI2；FAI蒸发温度为200℃，MAI蒸发温度为120℃，PbI2蒸发温度为400℃；衬底材料的温度为30℃，钙钛矿吸收层11膜厚为400nm；
步骤7：在沉积好的钙钛矿吸收层11上沉积电子传输层12，材料为氧化锡SnO2，沉积方法为原子层沉积(ALD)，膜厚为30nm；
步骤8：在沉积好的电子传输层12上沉积正面透明导电层13，材料为氧化铟锡ITO，沉积方法为反应等离子体沉积(RPD)，沉积膜厚为80nm；
步骤9：在沉积好的正面透明导电层13上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为20微米，宽度为50微米，银栅线之间距离为2毫米；
步骤10：在沉积好的背面透明导电层2上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为20微米，宽度为50微米，银栅线之间距离为1.5毫米。
整个叠层电池制备完成，其中钙钛矿太阳电池一侧的银栅线为电池的负极，硅基异质结电池侧的银栅线为电池的正极。
实施例2
本实施例提供一种钙钛矿/硅基异质结叠层太阳能的制备方法，包括：
步骤1：在清洗制绒好的n型硅片5上在两个表面通过等离子体增强化学气相沉积各镀一层本征非晶硅层，厚度均为为10nm；
步骤2：在两面的本征非晶硅层上分别沉积一层非晶硅p层3和非晶硅n层7，其中非晶硅p层3厚度为20nm，硼元素掺杂浓度为0.5％，非晶硅n层7厚度为15nm，磷元素的掺杂浓度为0.4％；
步骤3：在非晶硅p层3上通过磁控溅射制备背面透明导电层2，材料为铝氧化锌(AZO)，厚度为200nm；
步骤4：在非晶硅n层7上通过等离子体化学气相沉积(PECVD)制备叠层电池的隧穿结；
具体的，先在非晶硅n层7上通过等离子体化学气相沉积(PECVD)制备叠层电池的隧穿结的n型层8，先在非晶硅n层7上通过PECVD沉积一层n型非晶Si，沉积气氛为硅烷、氢气、磷烷(100：500：3，即磷原子的掺杂浓度为3％)，沉积压力为50pa，沉积温度为160℃，功率密度为300瓦/平方米，电源频率为40MHz，厚度为5nm；然后在n型非晶Si上沉积一层n型的纳米SiOx，沉积气氛为硅烷、氢气、二氧化碳、磷烷(100：10000：120：2，即磷原子的掺杂浓度为2％)，沉积压力为300pa，沉积温度为160℃，功率密度为3000瓦/平方米，电源频率为40MHz，厚度为30nm；以上双层膜形成隧穿结的n型层；
在n型的纳米SiOx上沉积p型的纳米SiOx，沉积气氛为硅烷、氢气、二氧化碳、三甲基硼(120：10000：100：3，即硼原子的掺杂浓度为2.5％)，沉积压力为300pa，沉积温度为160℃，功率密度为3000瓦/平方米，电源频率为40MHz，厚度为20nm；然后在p型的纳米SiOx上沉积一层高掺杂的非晶Si的p型膜作为隧穿结p型层的一部分，沉积气氛为硅烷、氢气、三甲基硼(100：100：100：5，即硼原子的掺杂浓度为5％)，沉积压力为40pa，沉积温度为160℃，功率密度为200瓦/平方米，电源频率为40MHz，厚度为5nm；以上双层膜形成隧穿结的p型层；
以上沉积形成钙钛矿/硅基异质结太阳电池的隧穿结；
步骤5：然后隧穿结上沉积钙钛矿太阳电池的空穴传输层10，材料为硫氰酸亚铜(CuSCN)，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为120℃，衬底温度为30℃，膜厚为20nm；
步骤6：在空穴传输层10上沉积钙钛矿吸收层11，材料为FA0.7MA0.3PbI3；沉积方法真空共蒸发，蒸发原材料分别为FAI、MAI、PbI2；FAI蒸发温度为200℃，MAI蒸发温度为140℃，PbI2蒸发温度为400℃，衬底材料的温度为30℃，钙钛矿吸收层膜厚为400nm；
步骤7：在沉积好的钙钛矿吸收层11上沉积电子传输层12，材料为TiO2，沉积方法为原子层沉积(ALD)，厚度为20nm；
步骤8：在沉积好的空穴传输层上沉积正面透明导电层13，材料为氧化铟钨(IWO)，沉积方法为反应等离子体沉积(RPD)，沉积膜厚为80nm；
步骤9：在沉积好的正面透明导电层13上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为15微米，宽度为60微米，银栅线之间距离为2毫米；
步骤10：在沉积好的背面透明导电层2上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为15微米，宽度为50微米，银栅线之间距离为1.5毫米。
整个叠层电池制备完成，其中钙钛矿侧的银栅线为电池的负极，硅基异质结电池侧的银栅线为电池的正极。
实施例3
本实施例提供一种钙钛矿/硅基异质结叠层太阳能的制备方法，包括：
步骤1：在清洗制绒好的n型硅片5上在两个表面通过等离子体增强化学气相沉积各镀一层本征非晶硅层，厚度分别为10nm和12nm；
步骤2：然后在12nm厚的第二本征非晶硅层4上沉积一层p型非晶硅，厚度为10nm；在10nm厚的第一本征非晶硅层6上沉积一层n型非晶硅，厚度为15nm；
步骤3：在非晶硅p层3上通过磁控溅射制备背面透明导电层2，材料为氧化铟锡(ITO)，厚度为120nm；
步骤4：在非晶硅n层上通过PECVD制备隧穿结；
具体的，先在非晶硅n层7上制备隧穿结的n型层8，具体为n型的从纳米Si过度到纳米SiOx的膜，沉积气体为硅烷、氢气、二氧化碳、磷烷(100：10000：10～120：2)沉积压力为240pa，沉积温度为160℃，功率密度为2000瓦/平方米，电源频率为40MHz，沉积时间为200秒；通过如下方法实现从n型的纳米Si过度到n型的纳米SiOx，沉积开始时，沉积气体无二氧化碳，沉积50秒后，开始通入二氧化碳，通入量为30，然后每秒钟增加1，通入二氧化碳90秒后，二氧化碳的量达到120，然后以120的二氧化碳量持续通入，直到沉积结束，沉积膜厚约为30nm；
然后在隧穿结的n型层8上沉积隧穿结的p型层9即非晶SiCy薄膜；沉积气氛为硅烷、氢气、甲烷、乙硼烷(100：200：50：1)，沉积压力为40pa，沉积温度为160℃，功率密度为100瓦/平方米，电源频率为40MHz，厚度为20nm；
步骤5：在硅基合金薄膜隧穿结的p型层9上沉积钙钛矿太阳电池的空穴传输层10，材料为PTAA，沉积方法为真空蒸发，蒸发源温度为160℃，沉积压力为1pa，膜厚为30nm；
步骤6：在空穴传输层10上沉积钙钛矿吸收层11，材料为FA0.9MA0.1PbI3，沉积方法真空共蒸发，蒸发原材料分别为FAI、MAI、PbI2，FAI蒸发温度为200℃，MAI蒸发温度为120℃，PbI2蒸发温度为400℃，衬底材料的温度为30℃，吸收层膜厚为400nm；
步骤7：在沉积好的钙钛矿吸收层11上沉积电子传输层12，材料为氧化锡SnO2，沉积方法为原子层沉积(ALD)，膜厚为30nm；
步骤8：在沉积好的空穴传输层上沉积正面透明导电层13，材料为氧化铟锡ITO，沉积方法为反应等离子体沉积(RPD)，沉积膜厚为80nm；
步骤9：在沉积好的正面透明导电层13上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为20微米，宽度为50微米，银栅线之间距离为2毫米；
步骤10：在沉积好的背面透明导电层2上通过丝网印刷制备银栅线，银栅线高度为20微米，宽度为50微米，银栅线之间距离为1.5毫米。
整个叠层电池制备完成，其中钙钛矿太阳电池一侧的银栅线为电池的负极，硅基异质结电池侧的银栅线为电池的正极。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于隧穿结制备方法。
具体为：步骤4：在非晶硅n层7上通过PECVD制备隧穿结；
具体的，先在非晶硅n层7上制备硅基隧穿结的n型纳米Si层；n型纳米Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、磷烷(比例为100：10000：3)，功率为3000瓦，压力为200pa，厚度20nm。
在n型纳米Si层上制备隧穿结的p型层9，具体为p型非晶Si，p型非晶Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、乙硼烷(比例为200：100：2)，功率为300瓦，压力为50pa，厚度10nm。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于隧穿结制备方法。
步骤4：在非晶硅n层7上通过等离子体化学气相沉积(PECVD)制备叠层电池的隧穿结；
具体的，先在非晶硅n层7上通过等离子体化学气相沉积(PECVD)制备叠层电池的隧穿结的n型层8，n型层8由n型非晶Si和n型纳米Si形成的复合层组成；n型非晶Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、磷烷(比例为100：200：3)，功率为200瓦，压力为20pa，厚度为10nm；n型纳米Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、磷烷(比例为100：10000：3)，功率为3000瓦，压力为200pa，厚度10nm；
在n型纳米Si层上沉积p型的纳米Si，p型纳米Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、乙硼烷(比例为80：10000：3)，功率为3500瓦，压力为300pa，厚度10nm；在p型的纳米Si上沉积一层非晶Si的p型膜作为隧穿结p型层的一部分，p型非晶Si制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、乙硼烷(比例为200：100：2)，功率为300瓦，压力为50pa，厚度10nm；以上双层膜形成隧穿结的p型层。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于隧穿结制备方法。
步骤4：在非晶硅n层上通过PECVD制备隧穿结；具体的，在非晶硅n层7上制备隧穿结的n型层8——n型纳米Si层，制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、磷烷(比例为120：10000：3)，功率为3300瓦，压力为250pa，厚度20nm；
在隧穿结的n型层8上沉积隧穿结的p型层9即p型非晶Si，制备方法为PECVD，工艺气体为硅烷、氢气、乙硼烷(比例为100：200：2)，功率为150瓦，压力为50pa，厚度10nm。
表1实施例与对比例的隧穿结性能比较
从表1中数据可以明显看出，与对比例相比，本发明的技术方案中的掺杂了碳元素或者氧元素的隧穿结的带隙得到了明显的提高。
表2实施例与对比例的电池参数比较
从表2中数据可以看出，本发明的技术方案制备的叠层太阳能电池的短路电流提升明显，电池效率得到了提高。结合表1中的隧穿结带隙数据，本领域技术人员可以确认，通过掺杂碳元素或氧元素制备硅基合金薄膜隧穿结，获得具有高带隙的隧穿结的叠层太阳能电池，能够减少隧穿结对光子的吸收，增加进入底电池的光子数量，提高叠层太阳能电池的短路电流，进而有效提高整个电池的光电转换效率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (17)

1.一种叠层太阳能电池，其特征在于，包括顶电池、硅基合金薄膜隧穿结和底电池，所述硅基合金薄膜隧穿结位于顶电池和底电池之间，所述硅基合金薄膜隧穿结包括n型层和p型层；
所述n型层包括至少一层n型硅基合金薄膜层，所述n型硅基合金薄膜层为n型的SiOx层或n型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1；
所述p型层包括至少一层p型硅基合金薄膜层，所述p型硅基合金薄膜层为p型的SiOx层或p型的SiCy层，其中0＜x＜2，其中0＜y＜1。
2.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述SiOx层为非晶SiOx层或纳米SiOx层；所述SiCy层为非晶SiCy层或纳米SiCy层。
3.根据权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述非晶SiOx层的带隙为1.73ev～2.4ev；所述非晶SiCy层的带隙为1.73ev～2.5ev；所述纳米SiOx层的带隙为1.2ev～2.4ev；所述纳米SiCy层的带隙为1.2ev～2.5ev。
4.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述p型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述p型硅基合金薄膜的厚度占所述p型层的总厚度的比例大于5％。
5.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述n型层的厚度为3nm～200nm，其中，所述n型硅基合金薄膜的厚度占所述n型层的总厚度的比例大于5％。
6.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述顶电池为钙钛矿电池，所述底电池为硅基异质结电池。
7.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述硅基异质结电池包括非晶硅n层，所述钙钛矿电池包括空穴传输层；
所述n型层设置在所述非晶硅n层的第一表面上，所述空穴传输层设置在所述p型层表面上。
8.根据权利要求7所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述硅基异质结电池还包括依次设置在所述非晶硅n层的第二表面上的第一本征非晶硅层、晶体硅片、第二本征非晶硅层和非晶硅p层。
9.根据权利要求7所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿电池还包括依次设置在所述空穴传输层上的吸收层和电子传输层。
10.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，还包括依次设置在所述底电池下的背面透明导电层和背面导电栅线。
11.根据权利要求10所述的叠层太阳能电池，其特征在于，还包括依次设置在所述顶电池上的正面透明导电层和正面导电栅线。
12.一种根据权利要求1-11任一项所述的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括硅基合金薄膜隧穿结的n型层和p型层的制备步骤，所述制备步骤包括使用掺杂剂甲烷或者二氧化碳，利用化学气相沉积或者原子层沉积制备至少一层所述n型硅基合金薄膜层以及至少一层所述p型硅基合金薄膜层。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积和催化化学气相沉积。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述制备步骤中通过掺入含磷的有机物形成n型硅基合金薄膜层或含硼的有机物形成p型硅基合金薄膜层。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，还包括制备硅基异质结电池的步骤：
在晶体硅片的两个表面通过化学气相沉积制备第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层，在所述第一本征非晶硅层沉积一层n型非晶硅形成非晶硅n层，在所述第二本征非晶硅层沉积一层p型非晶硅形成非晶硅p层；
在所述非晶硅n层上实现所述硅基合金薄膜隧穿结的n型层的制备步骤。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，还包括制备钙钛矿电池的步骤：
在所述硅基合金薄膜隧穿结的p型层上依次沉积所述钙钛矿电池的空穴传输层、吸收层和电子传输层。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述非晶硅p层上制备背面透明导电层和背面导电栅线的步骤，以及在所述电子传输层上制备正面透明导电层和正面导电栅线的步骤。
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