CN111384187A - 复合背电极及其制备方法和叠层太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种复合背电极及其制备方法和叠层太阳能电池。所述复合背电极包括缓冲层，设置在缓冲层上的光反射层，以及设置在光反射层上的复合金属层；复合金属层包括设置在光反射层上的阻挡层，以及设置在阻挡层上的导电层，阻挡层包括铬、镍、钼或其合金。该叠层太阳能电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，包括该复合背电极。该复合背电极能够增加太阳光利用率，提高太阳能电池电流，同时降低成本。

Description

复合背电极及其制备方法和叠层太阳能电池
技术领域
本申请涉及但不限于太阳能电池领域，具体地，涉及但不限于一种复合背电极及其制备方法和一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由于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之一，并且成为当前的研究热点。目前，钙钛矿太阳能电池的点电池效率已经达到23.3％。由钙钛矿和硅异质结组成的双结太阳能电池的光电转换效率比钙钛矿单结电池高，同时稳定性又优于钙钛矿单结电池。目前钙钛矿/硅异质结叠层电池的效率和理论效率依然有较大的差距，进一步优化电池结构、各层材料选择及界面处理，是未来的工作重点。
钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池有两种结构，一种是正极入光，一种是负极入光。正极入光即光从太阳能电池的正极入射，太阳能电池的前电极为正极，背电极为负极，收集的电荷为电子；负极入光即光从太阳能电池的负极入射，太阳能电池的背电极为正极，前电极为负极。
传统的正极入光的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的结构如图1所示，从上至下依次包括的层叠的正极栅线1、透明导电层2、空穴传输层3、钙钛矿吸收层4、电子传输层5、复合层6、硅异质结发电本体7、氧化铟锡层8以及负极栅线9。其中正极栅线1和透明导电层2组成叠层太阳能电池的前电极，负极栅线9和氧化铟锡层8组成叠层太阳能电池的背电极。工作时，入射光先进入钙钛矿电池，紫外光及可见光被钙钛矿太阳能电池吸收后，剩余的红外光及未被吸收充分的可见光进入硅异质结太阳能电池，被硅异质结太阳能电池吸收。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请的发明人通过大量研究发现，目前的正极入光的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池存在如下问题：
氧化铟锡功函数高，约为5.1eV，会和硅材料之间形成大的接触电阻，不利于电子从硅太阳能电池的负极传输到氧化铟锡层，使电池的开路电压和填充因子降低；
叠层电池背电极的大部分区域为透明的氧化铟锡，而且硅对红外光的吸收较低，因此一部分红外光将透过整个叠层电池，使得太阳能电池对红外光的吸收有限，进而导致红外光的利用率有限，电流密度较低；
氧化铟锡和制作栅线的银材料价格高，不利于太阳能电池成本降低。
为了解决上述问题，本申请提供了一种复合背电极。该复合背电极包括缓冲层，设置在缓冲层上的光反射层，以及设置在光反射层上的复合金属层；复合金属层包括设置在光反射层上的阻挡层，以及设置在阻挡层上的导电层，阻挡层包括铬、镍、钼或其合金。该复合背电极可以提高电池的开路电压和填充因子，提高光的利用率，在通过复合金属层降低背电极电阻的同时，降低成本；其中的金属阻挡层能够防止导电层与光反射层之间的扩散，防止光反射层反射效果降低。
在一些实施方式中，复合金属层还可以包括设置在导电层上的保护层，保护层可以包括铬、钼或其合金。该保护层能够很好的防止导电层被氧化，同时能够提到焊接性能。
在一些实施方式中，缓冲层可以为氧化锌，光反射层可以为银，导电层可以为铝或铜。采用氧化锌作为缓冲层，氧化锌功函数低，约为4.3eV，更容易从钙钛矿/硅叠层太阳能电池的负极收集电子；采用银作为光反射层，可以更好地反射透过电池的红外光，并再次进入叠层电池被太阳能电池吸收，增加太阳光利用率，提高太阳能电池的电流；采用铝或铜作为导电层，有效提高导电效果的同时降低成本。
在一些实施方式中，缓冲层的整个膜层或部分膜层可以掺杂有硼或铝。通过掺杂硼或铝，能进一步提高缓冲层的导电性能和填充因子。
在一些实施方式中，复合背电极可以包括氧化锌/银/铬/铝层、氧化锌/银/镍铬合金/铝层、氧化锌/银/钼/铝层、氧化锌/银/铬/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铜层、氧化锌/银/钼/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/铬层、氧化锌/银/钼/铝/铬层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/钼层、氧化锌/银/钼/铝/钼层、氧化锌/银/镍铬合金/铜/铬层或氧化锌/银/钼/铜/铬层。其中，例如“氧化锌/银/镍铬合金/铝/铬层”表示氧化锌层、银层、镍铬合金层、铝层与铬层依次层叠形成的复合背电极。其他表述含义相似。
在一些实施方式中，阻挡层为合金层时的厚度可以为10纳米-100纳米，例如可以为30纳米、50纳米、80纳米，阻挡层为金属层时的厚度可以为20纳米-200纳米，例如可以为50纳米、100纳米、150纳米；导电层的厚度可以为50纳米-1000纳米，例如可以为100纳米、200纳米、300纳米、400纳米、500纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米。阻挡层厚度太薄达不到阻挡的效果，厚度太厚则原材料成本高。导电层厚度太薄电阻大，厚度太厚则成本增加。
在一些实施方式中，保护层厚度可以为10纳米-50纳米，例如可以为20纳米、30纳米、40纳米。保护层厚度太薄起不到保护的效果，厚度太厚则成本过高。
本申请还提供了一种制备上述复合背电极的方法。该方法包括，采用相同的沉积方法制备复合背电极中的复合金属层的各层。由于复合金属层中的阻挡层采用金属或合金材料，能够与复合金属层中的其他层采用相同的制备工艺，使用相同的制造设备，简化工艺，降低成本，并且还可以有效减少导电层的氧化。
在一些实施方式中，沉积方法可以为磁控溅射或真空蒸镀。
在一些实施方式中，磁控溅射的溅射压力可以为2Pa-30Pa，溅射功率可以为1瓦/cm2-10瓦/cm2，衬底温度可以为10℃-260℃。进一步地，磁控溅射的溅射压力可以为5Pa、10Pa、15Pa、20Pa、25Pa，溅射气体可以为氩气，磁控溅射电源可以为直流电源，溅射功率可以为3瓦/cm2、5瓦/cm2、8瓦/cm2。其中，“衬底”包括前序步骤已经形成的各层。
本申请还提供了一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池。该钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池包括上述的复合背电极，或包括通过上述的方法制备得到的复合背电极。
在一些实施方式中，钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池可以包括依次层叠的正极栅线、透明导电层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、复合层、硅异质结发电本体以及所述复合背电极。
在一些实施方式中，硅异质结发电本体包括依次层叠的n型掺杂层、本征层、晶体硅层、本征层以及p型掺杂层。
在一些实施方式中，本征层可以为本征非晶硅层；N型掺杂层可以为n型非晶硅层，p型掺杂层可以为p型非晶硅层，晶体硅层的第一面的本征层上的掺杂层可以为n型非晶硅层，晶体硅层的第二面的本征层上的掺杂层为p型非晶硅层，或者，晶体硅层的第一面的本征层上的掺杂层可以为p型非晶硅层，晶体硅层的第二面的本征层上的掺杂层为n型非晶硅层。
与现有技术相比，本申请具有的有益效果在于：
(1)通过复合金属层中的金属/合金阻挡层与导电层、与任选的保护层协同作用，防止导电层与光反射层之间的扩散的同时，防止了光反射性能的降低，尤其是采用金属或合金作为阻挡层材料，效果尤为显著，大大降低了背电极的电阻，节约了成本；
(2)通过复核背电极中缓冲层、光反射层和复合金属层的协同作用，进一步提高太阳光的利用率的同时，便于电子的收集，改善了太阳能电池的性能；
(3)阻挡层采用金属或合金材料，能够与复合金属层中的其他层采用相同的制备工艺，使用相同的制造设备，简化工艺，降低成本，并且还可有效减少导电层的氧化。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为现有技术的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的结构示意图；
图2为本申请实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的结构示意图。
图中：1.正极栅线；2.透明导电层；3.空穴传输层；4.钙钛矿吸收层；5.电子传输层；6.复合层；7.硅异质结发电本体；8.氧化铟锡层；9.负极栅线；10.缓冲层；11.光反射层；12.复合金属层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供了一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，如图2所示，该钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池包括从上往下依次层叠的正极栅线1、透明导电层2、空穴传输层3、钙钛矿吸收层4、电子传输层5、复合层6、硅异质结发电本体7、缓冲层10、光反射层11以及复合金属层12。缓冲层10、光反射层11以及复合金属层12组合在一起作为钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的复合背电极。
其中，正极栅线1可以为银栅、铜栅等，宽度可以为10微米-200微米，例如可以为50微米、100微米、150微米；高度可以为1微米-500微米，例如可以为100微米、200微米、300微米、400微米；相邻的正极栅线1之间的间距可以为0.1毫米-10毫米，例如可以为1毫米、5毫米、8毫米。正极栅线1可以通过丝网印刷、蒸镀或电镀等工艺制备。例如，银栅一般采用丝网印刷制作。
透明导电层2可以为氧化铟锡层，厚度可以为50纳米-150纳米，例如可以为80纳米、100纳米、120纳米。透明导电层2可以通过磁控溅射沉积或反应等离子体沉积等工艺制备。
空穴传输层3可以为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-triMethylphenyl)aMine]，PTAA)、NiOx或MoOx，厚度可以为5纳米-100纳米，例如可以为10纳米、50纳米、80纳米。空穴传输层3可以通过磁控溅射沉积、真空蒸发沉积或化学气相沉积法(常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积等)沉积等工艺制备。
钙钛矿吸收层4可以为FA1-xCsxPbI3-yBry，其中FA为甲脒，MA为甲胺，1>x>0，2≥y≥0，例如，FA1-xMAxPbI3。钙钛矿吸收层4的厚度可以为100纳米-800纳米，例如可以为200纳米、300纳米、400纳米、500纳米、600纳米、700纳米，可以通过旋涂法或蒸镀法等工艺制备。
电子传输层5可以为金属氧化物(氧化锡、氧化锌或氧化钛)或富勒烯C60等，厚度可以为10纳米-200纳米，例如可以为50纳米、100纳米、150纳米。当电子传输层5可以采用磁控溅射或化学气相沉积法(常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积等)等工艺制备。
复合层6也称为隧穿结，为两层不同掺杂硅基薄膜材料，两层掺杂分别为n型掺杂和p型掺杂，其中p型掺杂靠近钙钛矿层，n型掺杂靠近硅异质结发电本体，硅基薄膜可以为非晶硅薄膜、纳米硅薄膜、掺杂碳、氧等元素形成的非晶硅薄膜或纳米硅薄膜。复合层6的总厚度可以为5纳米-200纳米，例如可以为50纳米、100纳米、150纳米。复合层6各层的晶化率过高会使空洞过多，晶化率过低会使掺杂效率降低并且电阻增大，在本申请实施例中，复合层6层种的晶化率可以为2％-70％，优选的为10％-50％，例如可以为20％、30％、40％。
硅异质结发电本体7包括依次层叠的N型掺杂层、本征层、晶体硅层、本征层以及P型掺杂层等层。
缓冲层10可以为氧化锌，氧化锌功函数低，约为4.3eV，更容易从钙钛矿/硅叠层太阳能电池的负极收集电子。缓冲层10的厚度可以为10纳米-200纳米，例如可以为50纳米、100纳米、150纳米。缓冲层厚度太薄，起不到缓冲效果，厚度过厚，则电阻过大。可通过磁控溅射或化学气相沉积法(常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积等)等工艺制备。缓冲层10的整个膜层或部分膜层可以掺杂硼或者铝，可以提高缓冲层10的导电性。
光反射层11为银金属层，可以反射透过电池的红外光，并再次进入叠层电池被太阳能电池吸收，增加太阳光利用率，提高太阳能电池电流。光反射层11的厚度可以为30纳米-100纳米，例如可以为50纳米、80纳米。反射层厚度太薄，反射效果差，厚度过厚，则由于材料为银导致成本高。可以通过磁控溅射沉积等工艺制备。
复合金属层12包括多层金属，包括阻挡层和导电层，或包括阻挡层、导电层和保护层。例如，复合金属层12可以为氧化锌/银/铬/铝层、氧化锌/银/镍铬合金/铝层、氧化锌/银/钼/铝层、氧化锌/银/铬/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铜层、或氧化锌/银/钼/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/铬层、氧化锌/银/钼/铝/铬层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/钼层、氧化锌/银/钼/铝/钼层、氧化锌/银/镍铬合金/铜/铬层或氧化锌/银/钼/铜/铬层等。该复合金属层12能够有效的防止扩散，防止反射性能的降低。
其中阻挡层位于导电层和光反射层之间，阻挡层可以选择铬、镍、钼或其合金，其作用主要是防止导电层与光反射层之间的扩散，防止太阳能电池由于光反射层性能变差，导致光反射层反射效果降低，进而影响太阳能电池性能。并且，选择选择铬、镍、钼或其合金作为阻挡层，可以采用与复合金属层中的其他层相同的工艺和设备得到，无需额外的设备，工序简单，并且可防止光反射层的氧化。例如，可采用磁控溅射或真空蒸镀等方法依次沉积复核金属层的各层；具体的磁控溅射的溅射压力为2Pa-30Pa，溅射功率为1瓦/cm2-10瓦/cm2，衬底温度为10℃-260℃；优选地，磁控溅射的溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，磁控溅射电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2。阻挡层为合金层时，例如镍铬合金层，厚度可以为10纳米-100纳米，阻挡层为金属层时，例如铬层，厚度可以为20纳米-200纳米。阻挡层厚度太薄达不到阻挡的效果，厚度太厚则原材料成本高。
导电层位于阻挡层上，可以选择铝或铜等具有良好导电性的金属材料。导电层厚度太薄电阻大，厚度太厚则成本增加。在本申请实施例中，导电层的厚度可以为50纳米-1000纳米，优选的为100纳米-500纳米。
导电层上还可以设置有保护层。保护层可选择铬或钼等金属材料，用于保护导电层不被氧化。由于器件最终需要封装，所以保护层不是必须的。当保护层选择铬时，还可起到提高组件制作时的焊接性能的作用。由于焊接方法较多，有时也可以不设置铬层就能获得较高的焊接性能。保护层的厚度可以为10纳米-50纳米。
实施例1
1)在清洗制绒好的n型硅片的两个表面上，通过等离子体增强化学气相沉积法镀一层本征非晶硅层，然后分别在一面的本征非晶硅层上镀n型非晶硅层，另一面的本征非晶硅层上镀p型非晶硅层，形成硅异质结发电本体7的p-n结，其中p型非晶硅层为p，n型非晶硅层为n。
2)在硅异质结发电本体7的n型非晶硅层上通过磁控溅射沉积缓冲层10，材料为氧化锌，溅射压力为10Pa，溅射气体为氩气，电源频率为10kHz，溅射功率为1瓦/cm2，缓冲层10厚度为50纳米。
3)在缓冲层10上通过磁控溅射沉积光反射层11，材料为银，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2，光反射层11厚度为60纳米。
4)在光反射层11上通过磁控溅射制备复合金属层12，复合金属层12为阻挡层/导电层/保护层，材料及厚度为钼(20纳米)/铝(400纳米)/铬(50纳米)。复合金属层12中各层的沉积工艺相同，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，磁控溅射电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2。
5)在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积复合层6(隧穿结)。隧穿结为纳米硅p层/纳米硅n层的双层结构。纳米硅p层沉积在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上，纳米硅n层沉积在纳米硅p层上。纳米硅p层和纳米硅n层的晶化率均为20％，总厚度为50纳米，其中n层、p层各为25纳米。
6)在复合层6上沉积电子传输层5。电子传输层5材料为富勒烯C60，沉积方法为真空蒸发，蒸发压力为1Pa，蒸发的原材料温度为600℃。电子传输层5厚度为50纳米。
7)在电子传输层5上沉积钙钛矿吸收层4。钙钛矿吸收层4材料为FA0.9Cs0.1PbI3，其中FA为甲脒，沉积方法为真空共蒸发。蒸发原材料分别为FAI、CsI、PbI2；FAI蒸发温度为200℃，CsI蒸发温度为350℃，PbI2蒸发温度为400℃。衬底温度为30℃，钙钛矿吸收层4厚度为400纳米。
8)在钙钛矿吸收层4上沉积空穴传输层3，材料为MoO3，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为900℃。衬底温度为100℃，空穴传输层3厚度为15纳米。
9)在空穴传输层3上沉积透明导电层2，材料为氧化铟锡，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气浓度10％，透明导电层2厚度为80纳米。
10)在透明导电层2上通过丝网印刷制备正极栅线1，材料为银，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。
11)完成钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的制备。
实施例2
1)在清洗制绒好的n型硅片上的两个表面上，通过等离子体增强化学气相沉积法镀一层本征非晶硅层，然后分别在一面的本征非晶硅层上镀n型非晶硅层，另一面的本征非晶硅层上镀p型非晶硅层。形成硅异质结发电本体7的p-n结，其中p型非晶硅层为p，n型非晶硅层为n。
2)在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积复合层6(隧穿结)。隧穿结为非晶硅n层/非晶硅p层的双层结构，非晶硅p层沉积在晶硅太阳能电池7的p型非晶硅层上，非晶硅n层沉积在非晶硅p层上。非晶硅p层和非晶硅n层的晶化率均为20％，总厚度为20纳米，其中n层、p层各为10nm。
3)在复合层6上沉积电子传输层5，电子传输层5材料为富勒烯C60，沉积方法为真空蒸发，蒸发压力为1Pa，蒸发的原材料温度为600℃。电子传输层5厚度为50纳米。
4)在电子传输层5上沉积钙钛矿吸收层4，钙钛矿吸收层4材料为FA0.9MA0.1PbI3，其中FA为甲脒，MA为甲胺。沉积方法为真空共蒸发。蒸发原材料分别为FAI、MAI、PbI2；FAI蒸发温度为200℃，MAI蒸发温度为150℃，PbI2蒸发温度为400℃，衬底的温度为30℃，钙钛矿吸收层4厚度为450纳米。
5)在钙钛矿吸收层4上沉积空穴传输层3，材料为NiO，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为800℃，衬底温度为100℃，空穴传输层3厚度为5纳米。
6)在空穴传输层3上沉积透明导电层2，材料为氧化铟锡，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，透明导电层2厚度为80纳米。
7)在硅异质结发电本体7的n型非晶硅层上通过磁控溅射沉积缓冲层10，材料为掺铝氧化锌，溅射压力为10Pa，溅射气体为氩气，电源为直流电源，溅射功率为2瓦/cm2，缓冲层10厚度为50纳米。
8)在缓冲层10上通过磁控溅射沉积光反射层11，材料为银，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2，光反射层11厚度为50纳米。
9)在光反射层11上通过磁控溅射制备复合金属层12。复合金属层12为阻挡层/导电层，材料及厚度为镍铬合金50(纳米)/铝(400纳米)。复合层金属层12中各层的沉积工艺相同，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，磁控溅射电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2。
10)在透明导电层2上通过掩膜蒸镀制备正极栅线1，材料为银，银栅线高度为1微米，宽度为100微米。银栅线之间距离为2毫米。
11)完成钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的制备。
实施例3
1)在清洗制绒好的n型硅片上的两个表面上，通过等离子体增强化学气相沉积法镀一层本征非晶硅层，然后分别在一面的本征非晶硅层上镀n型非晶硅层，另一面的本征非晶硅层上镀p型非晶硅层，形成硅异质结发电本体7的p-n结，其中p型非晶硅层为p，n型非晶硅层为n。
2)在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积复合层6(隧穿结)。隧穿结为纳米硅p层/纳米硅n层的双层结构，纳米硅p层沉积在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上，纳米硅n层沉积在纳米硅p层上。纳米硅p层和纳米硅n层的晶化率均为30％，总厚度为40纳米，其中n层、p层各为20纳米。
3)在复合层6上沉积电子传输层5，电子传输层5材料为SnO2，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气浓度为30％，电源频率为10kHz，溅射功率为2瓦/cm2，电子传输层5厚度为30纳米。
4)在电子传输层5上沉积钙钛矿吸收层4，钙钛矿吸收层4材料为FA0.9Cs0.1PbI3，其中FA为甲脒，沉积方法为真空蒸发然后溶液反应。蒸发原材料分别为CsI、PbI2；CsI蒸发温度为350℃，PbI2蒸发温度为400℃。蒸发形成Cs、Pb、I的混合元素的薄膜，然后将FAI的酒精溶液喷涂到混合元素的薄膜上，将薄膜加热到150℃，退火处理30分钟，形成FA0.9Cs0.1PbI3钙钛矿吸收层4。钙钛矿吸收层4厚度为400纳米。
5)在钙钛矿吸收层4上沉积空穴传输层3，材料为NiO，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为800℃，衬底温度为100℃，空穴传输层3厚度为5纳米。
6)在空穴传输层3上沉积透明导电层2，材料为氧化铟锡，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，透明导电层2厚度为80纳米。
7)在硅异质结发电本体7的n型非晶硅层上通过低压化学气相沉积法沉积缓冲层10，材料为掺硼氧化锌，反应气体为二乙基锌和水蒸汽，掺杂气体为乙硼烷，沉积压力为50Pa，衬底温度为160℃。缓冲层10厚度为50纳米。
8)在缓冲层10上通过磁控溅射沉积光反射层11，材料为银，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2，光反射层11厚度为50纳米。
9)在光反射层11上通过磁控溅射制备复合金属层12。复合金属层12为阻挡层/导电层，材料及厚度为钼(50纳米)/铝(400纳米)。复合层金属层12中各层的沉积工艺相同，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，磁控溅射电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2。
10)在透明导电层2上通过丝网印刷制备正极栅线1，材料为银，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。
11)完成钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的制备。
对比例1
1)在清洗制绒好的n型硅片的两个表面上，通过等离子体增强化学气相沉积法镀一层本征非晶硅层，然后分别在一面的本征非晶硅层上镀n型非晶硅层，另一面的本征非晶硅层上镀p型非晶硅层，形成硅异质结发电本体7的p-n结，其中p型非晶硅层为p，n型非晶硅层为n。
2)在硅异质结发电本体7的n型非晶硅层上通过磁控溅射沉积氧化铟锡层8，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气浓度为3％，电源频率为直流，溅射功率为3瓦/cm2，氧化铟锡层8厚度为300纳米。
3)在氧化铟锡层8上通过丝网印刷制备负极栅线9，材料为银，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。
4)在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积复合层6(隧穿结)。隧穿结为纳米硅p层/纳米硅n层的双层结构。纳米硅p层沉积在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上，纳米硅n层沉积在纳米硅p层上。纳米硅p层和纳米硅n层的晶化率均为20％，总厚度为50纳米，其中n层、p层各为25纳米。
5)在复合层6上沉积电子传输层5。电子传输层5材料为富勒烯C60，沉积方法为真空蒸发，蒸发压力为1Pa，蒸发的原材料温度为600℃。电子传输层5厚度为50纳米。
6)在电子传输层5上沉积钙钛矿吸收层4。钙钛矿吸收层4材料为FA0.9Cs0.1PbI3，其中FA为甲脒。沉积方法为真空共蒸发，蒸发原材料分别为FAI、CsI、PbI2；FAI蒸发温度为200℃，CsI蒸发温度为350℃，PbI2蒸发温度为400℃。衬底温度为30℃。钙钛矿吸收层4厚度为400纳米。
7)在钙钛矿吸收层4上沉积空穴传输层3，材料为MoO3，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为900℃。衬底温度为100℃，空穴传输层3厚度为15纳米。
8)在空穴传输层3上沉积透明导电层2，材料为氧化铟锡，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气浓度10％，透明导电层2厚度为80纳米。
9)在透明导电层2上通过丝网印刷制备正极栅线1，材料为银，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。
10)完成钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的制备。
对比例2
1)在清洗制绒好的n型硅片上的两个表面上，通过等离子体增强化学气相沉积法镀一层本征非晶硅层，然后分别在一面的本征非晶硅层上镀n型非晶硅层，另一面的本征非晶硅层上镀p型非晶硅层，形成硅异质结发电本体7的p-n结，其中p型非晶硅层为p，n型非晶硅层为n。
2)在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积复合层6(隧穿结)。隧穿结为纳米硅p层/纳米硅n层的双层结构，纳米硅p层沉积在硅异质结发电本体7的p型非晶硅层上，纳米硅n层沉积在纳米硅p层上。纳米硅p层和纳米硅n层的晶化率均为30％，总厚度为40纳米，其中n层、p层各为20纳米。
3)在复合层6上沉积电子传输层5，电子传输层5材料为SnO2，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气浓度为30％，电源频率为10kHz，溅射功率为2瓦/cm2，电子传输层5厚度为30纳米。
4)在电子传输层5上沉积钙钛矿吸收层4，钙钛矿吸收层4材料为FA0.9Cs0.1PbI3，其中FA为甲脒，沉积方法为真空蒸发然后溶液反应。蒸发原材料分别为CsI、PbI2；CsI蒸发温度为350℃，PbI2蒸发温度为400℃。蒸发形成Cs、Pb、I的混合元素的薄膜，然后将FAI的酒精溶液喷涂到混合元素的薄膜上，将薄膜加热到150℃，退火处理30分钟，形成FA0.9Cs0.1PbI3钙钛矿吸收层4。钙钛矿吸收层4厚度为400纳米。
5)在钙钛矿吸收层4上沉积空穴传输层3，材料为NiO，沉积方法为真空蒸发，原材料蒸发温度为800℃，衬底温度为100℃，空穴传输层3厚度为5纳米。
6)在空穴传输层3上沉积透明导电层2，材料为氧化铟锡，沉积方法为磁控溅射，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，透明导电层2厚度为80纳米。
7)在硅异质结发电本体7的n型非晶硅层上通过低压化学气相沉积法沉积缓冲层10，材料为掺硼氧化锌，反应气体为二乙基锌和水蒸汽，掺杂气体为乙硼烷，沉积压力为50Pa，衬底温度为160℃。缓冲层10厚度为50纳米。
8)在缓冲层10上通过磁控溅射沉积光反射层11，材料为银，溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，电源为直流电源，溅射功率为3瓦/cm2，光反射层11厚度为50纳米。
9)在光反射层11上制备复合层12。复合金属层12为阻挡层/导电层，材料及厚度为氧化铝(50纳米)/铝(400纳米)。复合层12中各层均采用磁控溅射。其中氧化铝层的溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气和氧气，其中氧气比例为20％，磁控溅射电源为交流电源，溅射功率为5瓦/cm2；铝层的溅射压力为5Pa，溅射气体为氩气，磁控溅射电源为交流电源，溅射功率为3瓦/cm2。
10)在透明导电层2上通过丝网印刷制备正极栅线1，材料为银，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。
11)完成钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的制备。
性能测试
将本申请实施例1-3和对比例1-2得到的太阳能电池进行性能测试，其中：
电池效率测试选用稳态太阳能模拟器，在光强1000瓦/平方米的光强下测试；光源与AM1.5的光谱是失配度小于±12.5％，测试温度25℃；
电压(开路电压等)、电流(短路电流密度等)测试选用KEITHLEY-2400源表测试，扫描速度为100mV/s，扫描方向为从1.9V到-0.2V；
根据测试的电流电压曲线计算填充因子。
具体测试结果见表1。
表1实施例与对比例不同产品测试结果
Figure BDA0001931166790000151
*注：填充因子表示最大输出功率(ImVm)与极限输出功率(IscVoc)之比。
实施例1-3为采用本申请复合背电极的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，对比例1为采用传统氧化铟锡层以及栅线电极做背电极的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，对比例2为采用氧化物层作为背电极中的阻挡层的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池。
从表1可以看出，本申请实施例1-3得到的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的电池效率、开路电压、短路电流密度和填充因子均高于对比例1的。主要原因在于以下两个方面：1、氧化锌阻挡层和n型非晶硅的接触电阻小，因此有好的填充因子；2、光反射层银金属对光的反射高，使光再次进入电池被吸收，产生了更多的光生载流子，因此有更高的电流密度。
实施例1-3得到的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的电池效率、开路电压、短路电流密度和填充因子同样也高于对比例2的。主要原因在于对比例2的氧化铝阻挡层电阻过高，严重影响了电池的性能。在对比例2同样设置阻挡层、导电层的情况下，预期其应获得相比未设置阻挡层、导电层的对比例1更好的性能，但是根据表1的实际测试数据可以看出，对比例2的性能甚至比对比例1的性能还差。本申请实施例1-3在对比例2的基础上采用金属或合金作为阻挡层材料，金属/合金阻挡层与导电层、甚至保护层协调作用，获得了预料不到的性能的大幅提升，表明了各层材料的选择及其协调的效果对性能有重要的影响。
在实施例1-3中，实施例3得到的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的性能更好于实施例1和2的，其原因在，阻挡层的氧化锌中掺杂硼元素后，由于导电性能的提高，填充因子进一步提升，因此效果最好。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种复合背电极，所述复合背电极包括缓冲层，设置在所述缓冲层上的光反射层，以及设置在所述光反射层上的复合金属层；
所述复合金属层包括设置在所述光反射层上的阻挡层，以及设置在所述阻挡层上的导电层，所述阻挡层包括铬、镍、钼或其合金。
2.根据权利要求1所述的复合背电极，其中，所述复合金属层还包括设置在所述导电层上的保护层，所述保护层包括铬、钼或其合金。
3.根据权利要求1或2所述的复合背电极，其中，所述缓冲层为氧化锌，所述光反射层为银，所述导电层为铝或铜。
4.根据权利要求3所述的复合背电极，其中，所述缓冲层的整个膜层或部分膜层掺杂有硼或铝。
5.根据权利要求1所述的复合背电极，其中，所述复合背电极包括氧化锌/银/铬/铝层、氧化锌/银/镍铬合金/铝层、氧化锌/银/钼/铝层、氧化锌/银/铬/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铜层、氧化锌/银/钼/铜层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/铬层、氧化锌/银/钼/铝/铬层、氧化锌/银/镍铬合金/铝/钼层、氧化锌/银/钼/铝/钼层、氧化锌/银/镍铬合金/铜/铬层或氧化锌/银/钼/铜/铬层。
6.根据权利要求1或5所述的复合背电极，其中，所述阻挡层为合金层时的厚度为10纳米-100纳米，所述阻挡层为金属层时的厚度为20纳米-200纳米；所述导电层的厚度为50纳米-1000纳米。
7.根据权利要求2所述的复合背电极，其中，所述保护层的厚度为10纳米-50纳米。
8.一种制备根据权利要求1-7中任一项所述的复合背电极的方法，所述方法包括：采用相同的沉积方法制备所述复合背电极中的复合金属层的各层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述沉积方法为磁控溅射法或真空蒸镀法。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述磁控溅射法的溅射压力为2Pa-30Pa，溅射功率为1瓦/cm2-10瓦/cm2，衬底温度为10℃-260℃。
11.一种叠层太阳能电池，所述叠层太阳能电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池，所述钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池包括根据权利要求1-7中任一项所述的复合背电极或通过根据权利要求8-10中任一项所述的方法制备得到的复合背电极。
12.根据权利要求11所述的叠层太阳能电池，包括依次层叠的正极栅线、透明导电层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、复合层、硅异质结发电本体以及所述复合背电极。
13.根据权利要求12所述的叠层太阳能电池，所述硅异质结发电本体包括依次层叠的n型掺杂层、本征层、晶体硅层、本征层以及p型掺杂层。
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