CN111312901A - 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法 - Google Patents

叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111312901A
CN111312901A CN202010117731.XA CN202010117731A CN111312901A CN 111312901 A CN111312901 A CN 111312901A CN 202010117731 A CN202010117731 A CN 202010117731A CN 111312901 A CN111312901 A CN 111312901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
solar cell
negative electrode
positive electrode
back contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010117731.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李跃龙
侯国付
赵颖
张晓丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nankai University
Original Assignee
Nankai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nankai University filed Critical Nankai University
Priority to CN202010117731.XA priority Critical patent/CN111312901A/zh
Publication of CN111312901A publication Critical patent/CN111312901A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池。该电池从下到上依次包括：1)衬底；2)正电极；3)正电极上的空穴传输层；4)绝缘隔离层；5)负电极；6)负电极上的电子传输层；7)钙钛矿吸收层；8)钝化层；9)减反射保护层。其特征在于正电极和负电极均在电池背光面，上下叠拼排列，位于上面的电极不完全覆盖下面的电极，且正、负电极通过绝缘材料填充等进行相互隔断。钝化层可减小表面缺陷及其导致的载流子复合；减反射保护层同时起到减小光损失和保护钙钛矿层的作用。本发明公开的叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池可以完全避免正面电极的遮光损失和载流子传输层或透明导电衬底的寄生吸收，提高钙钛矿太阳电池的光利用效率和光电转换效率。

Description

叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池，特别是关于一种叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池。
技术背景
化石能源的日益枯竭使人类社会的持续发展面临重大威胁。太阳能是一种可再生的清洁能源，因此，太阳电池以其安全可靠、无噪声、无污染排放、无枯竭危险、不受资源分布地域限制等诸多优势而受到重视。
目前光伏市场的主导产品是晶体硅太阳电池，但其效率提高和成本降低的空间越来越小。因此，开发新型光伏材料和器件备受各国重视。2009年，首个基于有机/无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池效率仅为3.8％，但是仅十年的时间其效率已经达到25.2％，而且可以采用低成本的溶液法来制备，在高效率和低成本方面都显示出巨大的潜力。当前，钙钛矿太阳电池基本上均采用电子传输层和空穴传输层位于钙钛矿吸收层两侧的三明治结构，无论光从电子传输层或从空穴传输层入射，载流子传输层或透明导电衬底存在不可避免的寄生吸收，同时迎光面的金属电极也存在遮光的问题，限制了太阳电池对光的利用率，进而阻碍太阳电池转换效率的提升。
继续提高钙钛矿太阳电池的效率，除了提升材料的光电性能和改善界面接触外，优化器件结构也是提高光的利用率和电池性能的重要途径。目前，多晶钙钛矿中载流子扩散长度达到几个微米，而利用溶液法生长的MAPbI3单晶的载流子扩散长度超过了175μm，另外据报道基于CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿单晶光生载流子扩散长度超过500μm，而且随着技术不断进步，钙钛矿中载流子扩散长度还将进一步增长，这为钙钛矿太阳电池新型器件结构的设计和实现奠定了基础。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池，将正电极/空穴传输层和负电极/电子传输层均放置在电池的背光面来构成全背接触结构，钙钛矿前表面采用钝化层降低表面缺陷及其导致载流子复合，采用低折射率的致密薄膜或绒面结构减反膜来保护钙钛矿吸收层和减小入射光的反射。该结构的太阳电池完全避免了传统三明治结构中电子传输层或空穴传输层、和透明导电衬底的寄生吸收，以及金属栅线电极对光的遮挡，能有效提高光的利用率，从而提升钙钛矿太阳电池的转换效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于自下到上包括：1)衬底；2)正电极；3)正电极上的空穴传输层；4)绝缘隔离层；5)负电极；6)负电极上的电子传输层；7)钙钛矿吸收层；8)钝化层；9)减反射保护层。衬底采用玻璃、纤维织物、不锈钢等金属、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其衍生物等柔性或刚性衬底，具有透明或不透明特性；正电极和负电极采用Au、Al、Ag、Cu、Ti等各类金属或者良好导电性的FTO、ITO 等透明导电膜，金属纳米线氧化物混合透明电极、金属和氧化物多级结构透明电极、合金、金属电极和碳材料电极中的一种或多种，厚度在10nm～50μm；电子传输层采用二氧化钛 (TiO2)、硫化锌、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯衍生物(如PCBM)、聚苯乙烯磺酸盐(如PSSA)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、氧化锌锡、石墨烯、金属酞菁分子材料、富勒烯等化合物及其衍生物中的一种或者多种，厚度在5nm～500nm；空穴传输层采用硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化镍(NiOx)、氧化钨(WOx)、氧化钼(MoOx)、五氧化二钒(V2O5)、硫氰化铜、碘化亚铜、氧化铬、氧化钥、二硫化钥、聚乙烯咔唑、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)- 聚苯乙烯磺酸盐(如PEDOT:PSS)、4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物(Poly-TPD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌、2,2',7,7'-四[N,N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)等中的一种或者多种，厚度在5nm～ 500nm；；钙钛矿吸收层包括多晶态或者单晶态的有机-无机杂化ABX3结构钙钛矿材料，其中A位阳离子为FA+、MA+、Cs+等烷基胺、烷基脒和碱金属元素中的一种或多种，B位阳离子为Pb2+、Ge2+、Sn2+、Sb2+、Bi3+等分布在第四、第五和第六等主族元素中的一种或多种或 Ag+、Cu2+等分布在第一副族元素中的一种或多种，X位阴离子为Cl-、Br-、I-等卤素元素中的一种或多种，吸收层厚度在50nm-500μm；钝化层包括氯化胆碱、苯基三乙基碘化铵(PEAI)、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等具有-COOH、-SH、-OH、-NH2、-CN、 -SCN等末端功能团的烷烃、吡啶、芳香烃、富勒烯、石墨烯等化合物及其衍生物中的一种或多种，以及SiO2、Al2O3，SiNx、a-Si:H、a-SiOx:H等无机材料的一种或多种，厚度在1nm～ 100nm；减反射保护层为低折射率的致密薄膜或绒面薄膜或光子晶体等，包括Al2O3、SiO2、 SiNx、a-SiOx:H、nc-SiOx:H、a-SiOxNy:H、a-SiCx:H、MgF2、具有金字塔结构或倒金子塔结构的绒面减反层、具有一维或二维或三维结构的光子晶体、PDMS等。
上述的叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于正电极和负电极均在电池的背面，上下叠拼排列，位于上面的电极不完全覆盖下面电极，且正、负电极通过绝缘材料填充等方式进行相互隔断；绝缘材料包括但不仅限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅、三氧化二铝(Al2O3)、陶瓷材料、聚苯乙烯、环氧塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。
上述的叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于吸收层可以是多晶态钙钛矿或者单晶态钙钛矿，钙钛矿吸收层包括多晶态或者单晶态的有机-无机杂化ABX3结构钙钛矿材料，其中A位阳离子为FA+、MA+、Cs+等烷基胺、烷基脒和碱金属元素中的一种或多种，B位阳离子为Pb2+、Sn2+、Sb2+、Ge2+、Bi3+等分布在第四、第五和第六等主族元素中的一种或多种或Ag+、Cu2+等分布在第一副族元素中的一种或多种，X位阴离子为Cl-、Br-、I-等卤素元素中的一种或多种，吸收层厚度在50nm-500μm。
上述的叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于钝化层包括苯基三乙基碘化铵 (PEAI)、氯化胆碱、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等具有-COOH、 -SH、-OH、-NH2、-CN、-SCN等末端功能团的烷烃、芳香烃、富勒烯、吡啶、石墨烯等化合物及其衍生物中的一种或多种，厚度在1nm～100nm；减反射保护层为低折射率的致密薄膜或绒面薄膜或光子晶体等，包括SiNx、SiO2，a-SiOx:H、Al2O3、nc-SiOx:H、a-SiCx:H、 a-SiOxNy:H、MgF2、具有金字塔结构或倒金子塔结构的绒面减反层、具有一维或二维或三维结构的光子晶体、PDMS等，厚度在10nm-500nm。
上述叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于电池的制备顺序依次为： 1)清洗衬底；2)制备良好导电性的正电极薄膜；3)在正电极上制备空穴传输层；4)制备绝缘隔离层，形成叠拼但不相连的正、负电极；5)制备良好导电性的负电极薄膜；6)在负电极上制备电子传输层；7)制备多晶态或单晶态钙钛矿吸收层；8)制备钝化层；9)制备减反射保护层。同时，正负电极及其相对应载流子制备顺序可以对调，比如负电极/电子传输层可以位于下面，正电极/空穴传输层可以位于上面。
上述叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池制备方法，叠拼状电极的制备采用光刻法或者子母版交替沉积法或激光刻蚀法；叠拼状电极之间的绝缘隔离层采用蒸发或溅射等方法制备；利用溅射或蒸发或旋涂或电沉积法在叠拼状电极的部分电极上制备电子传输层；利用溅射或蒸发或旋涂或电沉积法在叠拼状电极的另部分电极上制备空穴传输层；采用旋涂、蒸发或化学气相沉积等方法制备多晶态钙钛矿吸收层，或者采用溶液限域法等制备单晶态钙钛矿吸收层；采用物理气相沉积、化学气相沉积或者溶液法制备钝化层；采用物理气相沉积、化学气相沉积或者溶液法制备低折射率的致密减反射保护层或具有绒面结构的减反保护层。
本发明的有益效果是：将正电极/空穴传输层和负电极/电子传输层均放置在电池的背光面来构成全背接触结构，钙钛矿前表面采用钝化层降低表面缺陷，采用低折射率的致密薄膜或具有绒面结构的功能薄膜形成对钙钛矿吸收层的保护和减小入射光的反射。该结构的太阳电池完全避免了传统三明治结构中电子传输层或空穴传输层或透明导电衬底的寄生吸收，以及金属栅线电极对光的遮挡，能有效提高光的利用率，最终提升钙钛矿太阳电池的转换效率，同时改变太阳电池整体外观，简化制备工艺并降低成本。
附图说明
图1是本发明提供的一种叠拼全金属电极及载流子传输层的结构示意图。
图2是本发明提供的一种叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的结构示意图。
图3是本发明提供的一种叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的制备流程示意图，图例与图2相同，其中，a.清洗并准备衬底，b.制备正电极金属薄膜，c.在正电极上制备空穴传输层，d.制备绝缘隔离层，e.制备梳状金属负电极，f.在负电极上制备电子传输层，g.制备钙钛矿吸收层，h.制备钝化层，i.制备减反层。
图4是基于本发明的一种变形，一种仅含有金属电极的叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的结构示意图。
图5是基于本发明的一种变形，一种仅含有金属电极的叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的结构示意图，其中金属电极与钙钛矿吸收层界面经过钝化处理。
图6是基于本发明的一种变形，一种仅含有电子或空穴传输层的叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的结构示意图。
图7是基于本发明的一种变形，一种仅含有电子或空穴传输层的叠拼叉指全背接触钙钛矿电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优势更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案作进一步的详细说明，但所描述的实施例仅为本发明所有可能实施例中的一部分，并不限于此。
一种叠拼状背接触钙钛矿太阳电池制备方法，其特征在于电池的制备顺序依次为：其特征在于电池的制备顺序依次为：1)清洗衬底；2)制备良好导电性的正电极薄膜；3)在正电极上制备空穴传输层；4)制备绝缘隔离层，形成叠拼但不相连的正、负电极；5)制备良好导电性的负电极薄膜；6)在负电极上制备电子传输层；7)制备多晶态或单晶态钙钛矿吸收层；8)制备钝化层；9)制备减反射保护层。另外，正负电极及其相对应载流子制备顺序可以对调，比如负电极/电子传输层可以位于下面，正电极/空穴传输层可以位于上面。
实施例1
1)采用玻璃作为衬底，并采用超声波和电子清洗液对其进行清洗，如图3a；
2)采用磁控溅射法制备厚度200nm的铜薄膜，如图3b；
3)采用蒸发沉积法和掩膜板在图3b中左梳状电极上制备空穴传输层，如Spiro-TPD，厚度 100nm，如图3c；
4)采用热蒸发法和掩膜板在空穴传输层上制备厚度100nm的致密SiO2薄膜，如图3d；
5)采用磁控溅射法和掩膜板制备厚度200nm的梳状铜薄膜，如图3e；
6)采用热蒸发法和掩膜板在图3e中梳状电极上制备电子传输层，如PCBM，厚度50nm，如图3f；
7)采用两步蒸发法制备多晶态钙钛矿吸收层，厚度500nm，如图3g；
8)采用溶液旋涂法制备PEAI钝化层，厚度10nm，如图3h；
9)采用纳米压印技术制备具有倒金字塔结构的PDMS减反保护薄膜，厚度500μm，如图3i。
10)制备出具有图2中叠拼叉指全背接触结构的钙钛矿太阳电池。
实施例2
1)采用玻璃作为衬底，并采用超声波和电子清洗液对其进行清洗，如图3a；
2)采用热蒸发法制备厚度100nm的铜薄膜，如图3b；
3)采用磁控溅射法和掩膜板在图3b中梳状电极上制备空穴传输层，如NiOx，厚度100nm，如图3c；
4)采用磁控溅射法和掩膜板在空穴传输层上制备厚度100nm的致密SiO2薄膜，如图3d；
5)采用热蒸发法和掩膜板制备厚度100nm的梳状钛薄膜，如图3e；
6)采用磁控溅射法和掩膜板在图3e中梳状电极上制备电子传输层，如TiO2，厚度50nm，如图3f；
7)采用两步溶液旋涂法制备多晶态钙钛矿吸收层，厚度500nm，如图3g；
8)采用热蒸发法制备EDTA钝化层，厚度15nm，如图3h；
9)采用电子束蒸发法制备低折射率的SiO2/MgF2致密减反射保护层，厚度100nm，如图3i。
10)制备出具有图2中叠拼叉指全背接触结构的钙钛矿太阳电池。
实施例3
1)采用玻璃作为衬底，并采用超声波和电子清洗液对其进行清洗，如图3a；
2)采用磁控溅射法制备厚度50nm的金薄膜，如图3b；
3)采用化学气相沉积法和掩膜板在空穴传输层上制备厚度20nm的致密Al2O3薄膜，如图3d；
4)采用热蒸发法和掩膜板制备厚度100nm的梳状钛薄膜，如图3e；
5)采用一步溶液旋涂法制备多晶态钙钛矿吸收层，厚度700nm，如图3g；
6)采用热蒸发法制备KI钝化层，厚度15nm，如图3h；
7)采用电子束蒸发法制备低折射率的SiO2/MgF2致密减反射保护层，厚度100nm，如图3i。
8)制备出具有图4中仅有金属电极的叠拼叉指全背接触结构的钙钛矿太阳电池。
实施例4
1)采用玻璃作为衬底，并采用超声波和电子清洗液对其进行清洗，如图3a；
2)采用热蒸发法制备厚度100nm的铜薄膜，如图3b；
3)采用磁控溅射法和掩膜板在空穴传输层上制备厚度100nm的致密SiO2薄膜，如图3d；
4)采用热蒸发法和掩膜板制备厚度100nm的梳状钛薄膜，如图3e；
5)采用热蒸发法制备EDTA钝化层，厚度10nm；
6)采用限域溶液法制备单晶态钙钛矿吸收层，厚度50μm，如图3g；
7)采用热蒸发法制备EDTA钝化层，厚度10nm，如图3h；
8)采用电子束蒸发法制备低折射率的SiO2/MgF2致密减反射保护层，厚度100nm，如图3i。
9)制备出具有图5中仅有金属电极的叠拼叉指全背接触结构的钙钛矿太阳电池，其中金属电极与钙钛矿吸收层界面经过钝化处理。
实施例5
1)采用PET作为衬底，并采用超声波和电子清洗液对其进行清洗，如图3a；
2)采用磁控溅射法制备厚度50nm的铜薄膜，如图3b；
3)采用热蒸发法和掩膜板在空穴传输层上制备厚度20nm的致密Al2O3薄膜，如图3d；
4)采用热蒸发法和掩膜板制备厚度80nm的梳状钛薄膜，如图3e；
5)采用溶液法和掩膜板在图3e中梳状电极上制备载流子传输层(电子或空穴传输层)，厚度100nm，如图3f；
6)采用一步溶液法旋涂法制备多晶态钙钛矿吸收层，厚度1μm，如图3g；
7)采用溶液旋涂法制备PEAI钝化层，厚度15nm，如图3h；
8)采用电子束蒸发法制备低折射率的SiO2/MgF2致密减反射保护层，厚度100nm，如图3i。
9)制备出具有图6中仅有电子或空穴传输层的叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池。
综上所述，本发明提供了一种叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法，通过设计并实现背接触电极结构，可以完全避免钙钛矿太阳电池中载流子传输层或透明导电衬底的寄生吸收，以及迎光面金属电极遮光等不足，提高太阳电池光利用效率并提高太阳电池光电转换效率，改善钙钛矿太阳电池外观。该方法简单易行，有望制备出高效钙钛矿太阳电池。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，并非对本发明保护范围的限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，对任何熟悉本技术领域的技术人员来说，其依然可以对上述实施例所描述的技术方案进行变化或替换，但是凡在本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于自下到上包括：1)衬底；2)正电极；3)正电极上的空穴传输层；4)绝缘隔离层；5)负电极；6)负电极上的电子传输层；7)钙钛矿吸收层；8)钝化层；9)减反射保护层。
2.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于衬底采用玻璃、不锈钢等金属衬底、纤维织物、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其衍生物等柔性或刚性衬底，具有透明或不透明特性。
3.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于正电极和负电极采用Cu、Au、Al、Ag、Ti等金属或者良好导电性的ITO、ZnO、FTO、IZO等透明导电膜，金属和氧化物多层结构透明电极、金属纳米线氧化物混合透明电极、合金、金属电极和碳材料电极中的一种或多种；正负电极可以为同一种材料，也可以为不同材料，厚度在10nm～50μm。
4.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于正电极和负电极均在电池的背光面，上下叠拼排列，位于上面的电极不完全覆盖下面的电极，且正、负电极通过绝缘材料填充等方式进行相互隔断；正电极和负电极的线宽在10nm～500μm；正负电极之间间隔主要在10nm～5μm，厚度主要取决于绝缘隔离层和载流子传输层等功能层的厚度；位于上面的电极形状可以是直线，也可以是叠拼但不相连的曲线，如圆形、齿状、螺旋、回形、椭圆等线条。
5.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于电子传输层采用聚苯乙烯磺酸盐(如PSSA)、富勒烯衍生物(如PCBM)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、石墨烯、氧化锌锡、金属酞菁分子材料、富勒烯二氧化钛(TiO2)、硫化锌、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、等材料中的一种或者多种，厚度在5nm～500nm。其特征在于空穴传输层采用聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)、氧化钨(WOx)、五氧化二钒(V2Ox)、二硫化钥、硫氰化铜、碘化亚铜、氧化铬、氧化钥、聚乙烯咔唑、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(如PEDOT:PSS)、4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物(Poly-TPD)、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌、等材料中的一种或者多种，厚度在5nm～500nm。
6.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于绝缘隔离层可以是三氧化二铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、二氧化硅(SiO2)、陶瓷材料、环氧塑料、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。
7.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于吸收层可以是多晶态钙钛矿或者单晶态钙钛矿，钙钛矿吸收层包括多晶态或者单晶态的有机-无机杂化ABX3结构钙钛矿材料，其中A位阳离子为Cs+、MA+、FA+等烷基胺、烷基脒和碱金属元素中的一种或多种，B位阳离子为Pb2+、Sb2+、Sn2+、Ge2+、Bi3+等分布在第四、第五和第六等主族元素中的一种或多种或Ag+、Cu2+等分布在第一副族元素中的一种或多种，X位阴离子为Cl-、Br-、I-等卤素元素中的一种或多种，吸收层厚度在50nm-500μm。
8.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于钝化层包括苯基三乙基碘化铵(PEAI)、氯化胆碱、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等具有-CN、-COOH、-SH、-OH、-NH2、-SCN、-卤素离子等末端功能团的烷烃、芳香烃、吡啶、富勒烯、石墨烯、有机卤化物等化合物及其衍生物中的一种或多种，以及SiO2，a-SiOx:H、Al2O3，SiNx、nc-SiOx:H、a-SiCx:H、a-SiOxNy:H等无机材料的一种或多种，厚度在1nm～100nm。
9.根据专利要求1所述的叠拼全背接触钙钛矿太阳电池，其特征在于减反射保护层为低折射率的致密薄膜或绒面薄膜或光子晶体等，包括SiO2、a-SiOx:H、Al2O3，SiNx、nc-SiOx:H、a-SiOxNy:H、a-SiCx:H、MgF2、具有金字塔结构或倒金子塔结构的绒面减反层、具有一维或二维或三维结构的光子晶体、PDMS等，厚度在10nm-500μm。
10.根据专利要求3、5、6、7、8、9中所述的金属电极、绝缘隔离层、电子或空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层和减反保护层等功能层可以通过多种方式沉积在衬底上，包括但不限于热蒸发(多源共蒸法或单源分步蒸发等)、原子层沉积、蒸发/溶液法、蒸发/气相沉积法、刮涂、磁控溅射、电子束蒸发、气相沉积法、狭缝涂布、丝网印刷、旋涂、喷涂、辊涂、浸渍、喷墨打印等方法。
11.一种叠拼全背接触钙钛矿太阳电池制备方法，其特征在于电池的制备顺序依次为：1)清洗衬底；2)制备良好导电性的正电极薄膜；3)在正电极上制备空穴传输层；4)制备绝缘隔离层，形成叠拼但不相连的正、负电极；5)制备良好导电性的负电极薄膜；6)在负电极上制备电子传输层；7)制备多晶态或单晶态钙钛矿吸收层；8)制备钝化层；9)制备减反射保护层。同时，正负电极及其相对应载流子制备顺序可以对调，比如负电极/电子传输层可以位于下面，正电极/空穴传输层可以位于上面。
CN202010117731.XA 2020-02-25 2020-02-25 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法 Pending CN111312901A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010117731.XA CN111312901A (zh) 2020-02-25 2020-02-25 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010117731.XA CN111312901A (zh) 2020-02-25 2020-02-25 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111312901A true CN111312901A (zh) 2020-06-19

Family

ID=71160181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010117731.XA Pending CN111312901A (zh) 2020-02-25 2020-02-25 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111312901A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111697137A (zh) * 2020-06-23 2020-09-22 苏州大学 制备超厚吸收层的有机光伏器件的方法及有机光伏器件
CN114203843A (zh) * 2020-08-27 2022-03-18 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 一种背接触式钙钛矿/硅异质结叠层电池组件及其制备方法和太阳能电池
CN114203831A (zh) * 2020-08-27 2022-03-18 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 一种背接触钙钛矿硅叠层电池组件及其制备方法和太阳能电池
US20220115547A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Alliance For Sustainable Energy, Llc All-back-contact perovskite solar cells

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130069050A1 (en) * 2010-05-28 2013-03-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optoelectronic device having an embedded electrode
CN104272486A (zh) * 2012-05-09 2015-01-07 Lg化学株式会社 有机电化学装置及其制造方法
US20150380667A1 (en) * 2014-06-30 2015-12-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Back Contact Perovskite Solar Cell
US20160307704A1 (en) * 2013-12-03 2016-10-20 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Photovoltaic architectures incorporating organic-inorganic hybrid perovskite absorber
WO2018041301A1 (de) * 2016-08-31 2018-03-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Photovoltaikmodul mit integriert serienverschalteten stapel-solarzellen und verfahren zu seiner herstellung
CN108140736A (zh) * 2015-10-06 2018-06-08 牛津大学科技创新有限公司 设备架构
US20180269005A1 (en) * 2015-10-02 2018-09-20 Alliance For Sustainable Energy, Llc Heterojunction perovskite photovoltaic devices and methods of making the same
CN110061136A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 西南石油大学 一种背接触式钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN110692141A (zh) * 2017-04-13 2020-01-14 荷兰应用科学研究会(Tno) 光伏元件及制造其的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130069050A1 (en) * 2010-05-28 2013-03-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optoelectronic device having an embedded electrode
CN104272486A (zh) * 2012-05-09 2015-01-07 Lg化学株式会社 有机电化学装置及其制造方法
US20160307704A1 (en) * 2013-12-03 2016-10-20 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Photovoltaic architectures incorporating organic-inorganic hybrid perovskite absorber
US20150380667A1 (en) * 2014-06-30 2015-12-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Back Contact Perovskite Solar Cell
US20180269005A1 (en) * 2015-10-02 2018-09-20 Alliance For Sustainable Energy, Llc Heterojunction perovskite photovoltaic devices and methods of making the same
CN108140736A (zh) * 2015-10-06 2018-06-08 牛津大学科技创新有限公司 设备架构
WO2018041301A1 (de) * 2016-08-31 2018-03-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Photovoltaikmodul mit integriert serienverschalteten stapel-solarzellen und verfahren zu seiner herstellung
CN110692141A (zh) * 2017-04-13 2020-01-14 荷兰应用科学研究会(Tno) 光伏元件及制造其的方法
CN110061136A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 西南石油大学 一种背接触式钙钛矿太阳电池及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111697137A (zh) * 2020-06-23 2020-09-22 苏州大学 制备超厚吸收层的有机光伏器件的方法及有机光伏器件
CN114203843A (zh) * 2020-08-27 2022-03-18 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 一种背接触式钙钛矿/硅异质结叠层电池组件及其制备方法和太阳能电池
CN114203831A (zh) * 2020-08-27 2022-03-18 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 一种背接触钙钛矿硅叠层电池组件及其制备方法和太阳能电池
US20220115547A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Alliance For Sustainable Energy, Llc All-back-contact perovskite solar cells
US11742440B2 (en) * 2020-10-09 2023-08-29 Alliance For Sustainable Energy, Llc All-back-contact perovskite solar cells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111293222B (zh) 正交叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法
Ajayan et al. A review of photovoltaic performance of organic/inorganic solar cells for future renewable and sustainable energy technologies
CN111312900A (zh) 平行叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN111312901A (zh) 叠拼叉指全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法
Xu et al. Light management in monolithic perovskite/silicon tandem solar cells
CN108140735B (zh) 多接合型光电转换装置和光电转换模块
CN110600614B (zh) 一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构
CN104106145A (zh) 垂直结太阳能电池的结构和方法
CN210156403U (zh) 一种串联型钙钛矿/同质结硅叠层太阳能电池
CN115881832B (zh) 一种太阳能电池钝化结构与制备方法
CN106784040A (zh) 一种cigs基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN111599921B (zh) 嵌套全背接触钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN102244111A (zh) 一种薄膜太阳能电池
CN102082190B (zh) 太阳能电池及其制造方法
CN112103366A (zh) 硅基异质结太阳电池、光伏组件及制备方法
CN104659115B (zh) 太阳能电池接触件及其制造方法
JP2008277422A (ja) 積層型光電変換装置
CN115411065B (zh) 一种太阳能电池及其制备方法
JP2017126737A (ja) 光電変換素子および光電変換素子の製造方法
CN113690340A (zh) 一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法及电池结构
KR20120082542A (ko) 박막 태양전지 및 그 제조 방법
US20140332051A1 (en) Solar cell module and method of fabricating the same
CN118039711A (zh) 一种三维陷光电极背接触太阳能电池
CN218351478U (zh) 一种太阳能电池及光伏组件
CN213366612U (zh) 一种光转化效率高的两端钙钛矿异质结晶硅叠层太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination