CN111554763A - 一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池 - Google Patents
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Abstract
一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，采用更宽带隙的钙钛矿电池为顶电池，通过导电粘合剂与底部晶硅电池构成两端的叠层结构。通过采用更宽带隙的钙钛矿电池作为叠层电池的顶电池，可以获得更高的叠层开路电压，有望获得更高的转换效率。本发明公开了一种采用导电粘合剂来实现钙钛矿/晶硅两端叠层电池的新型结构设计，通过增大顶部宽带隙钙钛矿电池的受光面积，补偿顶电池的电流损失，实现顶、底电池的电流匹配，获得更高的开路电压以及更高的转换效率。可应用于电解水、二氧化碳还原等需要更高开压的研究中。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池的技术领域，特别涉及一种高开压高效的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的设计与制备。
背景技术
源于效率的不断提升以及有效的成本控制，晶硅电池占据90％以上的光伏市场总额，并且基于技术的不断进步，单结晶硅电池的转换效率已达26.7％，逼近其俄歇复合的理论极限效率(29.1％)。为突破单结电池理论的限制获得更高的转换效率，人们逐渐把目光转向叠层电池研究。有机-无机铅卤素钙钛矿电池由于较低的制备成本，较高的转换效率(25.2％)，以及带隙可调等优点，被认为是与晶硅电池构成叠层电池的首选，有望实现更高的转换效率。其中两端钙钛矿/晶硅叠层结构，源于其与目前光伏市场中大规模组件制备工艺更加兼容，成为目前钙钛矿与晶硅叠层电池研究的重点。自2015年制备出第一块钙钛矿/硅两端叠层太阳电池至今，叠层电池的转换效率已由13.7％提高至29.15％。目前，为了使得顶部钙钛矿电池与底部晶硅电池的电流匹配，已报道的钙钛矿/晶硅两端叠层电池中多采用1.7eV以下带隙的钙钛矿材料作为顶电池，因而获得最高叠层电池开压仅为1.88eV，远小于两种电池叠加后可实现的最高开压值。此外，在一些特殊的应用中发现，如光电化学二氧化碳还原制备液体燃料等应用中，通常需要2V以上的开压，现有的钙钛矿/晶硅叠层电池并不能满足这些需求。并且，在实际的供电应用中发现，具有相同输出功率的两种电池期间，即两种电池的开路电压与短路电流相乘后获得相同的功率。这两种电池在实现供电过程中，需要靠导电电线连接输出端与输入端，由于导电电线具有一定的电阻，因此在传输过程中会出现不同程度的电压损失。但是，根据电压、电流以及电阻公式我们可以得出，输出功率相同时具有更小电流的电池设备在传输过程中的压降损失更小。
综上所述，可归纳出：现有宽带隙钙钛矿与晶硅电池叠层电池技术的不足：1)为实现电流匹配选择适当宽带隙的钙钛矿电池作为顶电池，但是目前采用的宽带隙电池并没有实现更高的两端叠层电池开压，如获得2V甚至更高的开压。2)目前报道的叠层电池中，有的获得了较高的开压，同时叠层电流也相对较高，但在实际应用中若两种电池输出功率相同时，具有更大电流的电池设备在传输过程中的压降损失也越大。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的以上问题，提出一种采用更宽带隙钙钛矿作为与晶硅电池构成两端叠层结构的顶电池，通过增大顶部钙钛矿电池的受光面积，提高顶部电池的电流，从而获得顶、底电池的电流匹配，实现高效钙钛矿/晶硅叠层电池。
本发明的技术方案：
一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，采用带隙为1.75～2.0eV更宽带隙的钙钛矿电池为顶电池，通过导电粘合剂与底部晶硅电池构成两端的叠层结构，此叠层电池结构设计主要体现在顶、底电池的面积不相等，顶电池面积与底电池面积之比在1.1-2.0之间，顶部钙钛矿电池的面积稍大于底部晶硅电池面积。采用更宽带隙的钙钛矿电池作为叠层电池的顶电池，此时顶部电池可获得的电流变小，若叠层电池仍采用目前结构会引起顶、底电池的不匹配，影响电池效率。而本发明通过增大顶部钙钛矿电池的面积从而补偿顶电池的电流损失，实现顶、底电池的电流匹配。此外，采用更宽带隙的钙钛矿电池作为顶电池可以获得更高的叠层开路电压，可应用于光电化学二氧化碳还原等研究中。并且，此种叠层电池可有效的减小电池在实际使用中的能量损失，实现更大的供电效率。
所述导电粘合剂为以下所述中的任何一种：1)包含粘合剂树脂、金属导电颗粒或者金属氧化物导电颗粒和有机溶剂构成的混合物；所述混合物具体为低温银浆或ITO导电粘合剂；2)单纯的透明导电氧化物薄膜铟锡氧化物半导体(ITO)、锌锡氧化物半导体(IZO)或铟镓锌氧化物半导体(IGZO)；3)金、铂、银或钯金属纳米阵列。导电粘合剂材料通过溅射法、蒸发法或溶液法实现。
所述的钙钛矿顶电池为更宽带隙的有机无机杂化钙钛矿材料，或全无机的钙钛矿材料；所述钙钛矿顶电池材料的组分是铅基、非铅基或其他混合型钙钛矿材料。采用两步顺序沉积或一步反溶剂沉积的溶液法制备，或采用蒸发法沉积或者化学气相沉积法沉积制备。钙钛矿电池的空穴材料为无机的NiOX、MnS或CuSCN，或者为有机材料PTAA、Spiro-OMeTAD或Spiro-TTB；电子层传输材料为无机的SnO2或TiO2，或者为有机材料PCBM或C60。钙钛矿电池以及晶硅电池的透明电极材料为ITO、IZO、IO:H或IZrO。
在电池制备过程中，顶部的钙钛矿电池与底部的晶硅电池单独制备，其中顶电池的面积适当大于底部晶硅电池的面积，最后通过中间导电粘合剂对顶、底电池进行连接，实现两端叠层电池结构。所述的钙钛矿顶电池和晶硅电池的结构可以为pin型的电池结构或nip型的电池结构。钙钛矿顶电池制备在坚硬的衬底上，或制备在柔性衬底PEN、PET上；钙钛矿电池的结构是平面型、介孔型或有机结构型。
晶硅底电池为平面型硅电池、单面制绒或者双面制绒的硅太阳电池。所述的硅电池是n型硅片、p型硅片、CZ型或者FZ型；是硅异质结电池、TOP-Con电池、POLO电池、DASH电池或者同质结电池。
本发明的优点和积极效果：
本发明通过采用更宽带隙的钙钛矿电池作为叠层电池的顶电池，解决了顶电池带隙过宽而引起的电流不匹配的问题，通过调节顶部与底部电池的有效电池面积，从而补偿顶部电池的电流损失，实现顶、底电池的电流匹配；同时本发明在保证叠层电池高效率的前提下，可进一步提高电池的开路电压，进而将此叠层电池应用于二氧化碳还原等需要更高开压的研究中；另一方面，更宽带隙的钙钛矿电池再与晶硅电池构成叠层电池，可有效降低电池在传输过程中的开压损失，本发明提供的叠层电池在获得相同功率时此叠层电池在传输过程中的能量损失更小。
本发明的机理分析：
本发明通过增加顶部钙钛矿电池的有效吸收面积进而补偿由顶部电池带隙增大而带来的电流损失，可进一步提高叠层电池的开路电压，有望实现更高的钙钛矿与晶硅叠层电池效率；此外，由于更宽带隙钙钛矿电池可获得更高的叠层开路电压可将此种电池应用于电解水、二氧化碳还原等研究；最后，此种叠层电池在获得相同功率时在传输过程中的能量损失更小，可获得更高的供电效率。
附图说明
图1为本发明所用的nip型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池结构示意图。
图2为本发明采用pin型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池结构示意图。
图3为本发明采用nip型全无机钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池结构示意图。
图4为本发明采用nip型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池示意图，其中选择导电粘合剂为Pt纳米颗粒。
图5为本发明采用nip型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/TOP-Con叠层太阳电池结构示意图。
图6为本发明采用nip型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池结构示意图，其中硅异质结选择双面制绒结构。
图7为本发明采用nip型更宽带隙有机无机杂化钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池结构示意图，其中钙钛矿生长在柔性透明衬底上。
具体实施方式
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。
实施例1：
本方法所提供的高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图1所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、ITO导电粘合剂、硅异质结底电池电子选择层N-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层P-a-si:H和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为1.75eV的nip型有机无机杂化钙钛矿电池。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-a-Si:H，另一面沉积空穴选择层P-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再选取ITO玻璃作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.在电子传输层上旋涂1.75eV带隙的钙钛矿，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.1，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
7.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池中的N-a-Si:H上旋涂ITO导电粘合剂，即包含导电相ITO颗粒，粘结相乙烯醋酸乙烯酯和甲苯的混合物。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池导电粘合剂ITO胶体面进行粘合，键合压力0.5kg/cm2，温度150℃，2小时，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部ITO玻璃上制备金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：1.95V，短路电流密度：19.8mA/cm2，填充因子：80％，电池的效率：30.89％。
实施例2：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图2所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池空穴传输层PTAA、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿电子传输层PCBM、ITO导电粘合剂、硅异质结底电池电子选择层P-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层N-a-si:H和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为1.85eV的pin型有机无机杂化钙钛矿电池。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积空穴选择层P-a-Si:H，另一面沉积电子选择层N-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再在ITO玻璃衬底上溶液旋涂PTAA作为钙钛矿电池的空穴传输层。
5.溶液法制备带隙为1.85eV钙钛矿吸收层其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.5，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PCBM作为空穴传输层。
7.在PCBM上采用低功率磁控溅射的方法制备ITO，作为透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池的N-a-Si:H上旋涂ITO导电粘合剂，即包含导电相ITO颗粒，粘结相乙烯醋酸乙烯酯和甲苯的混合物。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿PCBM/ITO面与底部晶硅电池导电粘合剂ITO胶体面进行粘合，键合压力0.5kg/cm2，温度150℃，2小时，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部透明电极ITO上制备金属栅线电极Au，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Au金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：2.02V，短路电流密度：19.0mA/cm2，填充因子：80.2％，电池的效率：30.78％。
实施例3：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图3所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、ITO导电粘合剂、硅异质结底电池电子选择层N-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层P-a-si:H和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为2.0eV的全无机CsPb(IBr)3钙钛矿电池。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-a-Si:H，另一面沉积空穴选择层P-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再选取ITO玻璃作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.在电子传输层上旋涂2.0eV的全无机CsPb(IBr)3钙钛矿，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.75，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
7.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池的N-a-Si:H上旋涂ITO导电粘合剂，即包含导电相ITO颗粒，粘结相乙烯醋酸乙烯酯和甲苯的混合物。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池导电粘合剂ITO胶体面进行粘合，键合压力0.5kg/cm2，温度150℃，2小时，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部ITO玻璃上制备金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：2.15V，短路电流密度：18mA/cm2，填充因子：81％，电池的效率：31.34％。
实施例4：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图4所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、Pt纳米阵列、硅异质结底电池电子选择层N-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层P-a-si:H和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为1.80eV的nip型有机无机杂化钙钛矿电池。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-a-Si:H，另一面沉积空穴选择层P-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再选取ITO玻璃作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.在电子传输层上旋涂1.80eV带隙的钙钛矿，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.35，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
7.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池的电子传输层N-a-Si:H上采用模板法制备Pt纳米阵列。
将H2PtCI6·6H2O和聚苯乙烯嵌段共聚物聚2-乙烯基吡啶(PS-b-P2VP)的混合溶液旋涂在电子传输层表面，Ar等离子处理，功率44W,压力0.4mbar,Ar气流速4sccm。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池Pt纳米阵列进行粘合，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部ITO玻璃上制备金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：1.99V，短路电流密度：18.8mA/cm2，填充因子：79.5％，电池的效率：29.74％。
实施例5：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/TOP-Con叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图5所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、ITO导电粘合剂、TOP-Con底电池电子选择层N-nc-SiCx、SiO2钝化层、硅衬底N-Silicon、SiO2钝化层、空穴选择层P-nc-SiCx和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为1.80eV的nip型FAMAPb(IBr)3钙钛矿电池，底电池选择TOP-Con电池。
本实施例的钙钛矿//TOP-Con叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底双面紫外臭氧处理制备SiO2钝化层。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-nc-SiCx，另一面沉积空穴选择层P-nc-SiCx:F。
3.在空穴选择层P-nc-SiCx:F面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再选取ITO玻璃作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.在电子传输层上旋涂1.80eV带隙的FAMAPb(IBr)3钙钛矿，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.40，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
7.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池的N-nc-SiCx上采用旋涂法制备ITO导电粘合剂，即包含导电相ITO颗粒，粘结相乙烯醋酸乙烯酯和甲苯的混合物。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池导电粘合剂ITO胶体面进行粘合，键合压力0.5kg/cm2，温度150℃，2小时，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部ITO玻璃上制备金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：1.99V，短路电流密度：19.3mA/cm2，填充因子：79.3％，电池的效率：30.46％。
实施例6：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图6所示，由上至下依次包括：透明玻璃，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、低温导电银浆作为粘合剂、硅异质结底电池电子选择层N-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层P-a-si:H和背电极Al。钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池中，硅片选择双面制绒的结构。其中钙钛矿吸收层采用蒸发结合溶液的两步法制备nip型有机无机杂化钙钛矿。其中第一步共蒸发无机盐PbI2和CsBr，第二步有机盐为FABr:FAI，带隙为1.90eV。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-a-Si:H，另一面沉积空穴选择层P-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再选取ITO玻璃作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.钙钛矿吸收层采用蒸发结合溶液的两步法制备nip型有机无机杂化钙钛矿。其中第一步共蒸发无机盐PbI2和CsBr，第二步有机盐为FABr:FAI，带隙为1.90eV，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.7，从而确保顶电池可以产生更大的电流。在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
6.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
7.在步骤3得到的晶硅电池的N-a-Si:H上，采用刮涂法制备低温银浆栅线作为粘合剂。
8.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池低温银浆进行粘合，实现两端叠层结构。
9.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部ITO玻璃上制备金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
10.叠层电池的结果：开路电压：2.10V，短路电流密度：18.8mA/cm2，填充因子：79.8％，电池的效率：31.50％。
实施例7：
本实施例所提供的叠层电池为钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池，具体叠层电池结构如图7所示，由上至下依次包括：透明PET，透明导电薄膜ITO，钙钛矿顶电池电子传输层SnO2、钙钛矿吸收层Perovskite、钙钛矿空穴传输层PTAA、ITO导电粘合剂、硅异质结底电池电子选择层N-a-si:H、钝化层I-a-si:H、硅衬底N-Silicon、钝化层I-a-si:H、空穴选择层P-a-si:H和背电极Al。
其中钙钛矿选择带隙为1.80eV的nip型有机无机杂化FAMAPb(IBr)3钙钛矿电池。
本实施例的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池通过以下方法制备得到：
1.将N型<100>晶向的抛光Cz硅片衬底放置于具有高真空度的PECVD系统中，在硅片正反表面各沉积一层本征非晶硅钝化层I-a-Si:H。
2.之后选定一面采用PECVD方式沉积电子选择层N-a-Si:H，另一面沉积空穴选择层P-a-Si:H。
3.在空穴选择层P-a-Si:H面电子束热蒸发ITO作为晶硅电池的背面透明电极，得到晶硅电池。
4.再在选取的PET上制备ITO薄膜作为顶电池钙钛矿电池的衬底，在衬底上溶液旋涂SnO2作为钙钛矿电池的电子传输层。
5.在电子传输层上旋涂1.80eV带隙的FAMAPb(IBr)3钙钛矿，其中钙钛矿的有效面积大于底部晶硅电池的面积，顶电池面积与底电池的面积比为1.5，从而确保顶电池可以产生更大的电流。
6.在钙钛矿吸收层上旋涂PTAA作为空穴传输层。
7.在PTAA上采用低功率溅射法制备ITO作为钙钛矿透明电极，得到钙钛矿电池。
8.在步骤3得到的晶硅电池的N-a-Si:H上采用旋涂法制备ITO导电粘合剂，即包含导电相ITO颗粒，粘结相乙烯醋酸乙烯酯和甲苯的混合物。
9.将步骤7得到的钙钛矿电池的钙钛矿空穴层面即PTAA/ITO面与底部晶硅电池ITO导电粘合剂面进行粘合，键合压力0.5kg/cm2，温度150℃，2小时，实现两端叠层结构。
10.在晶硅电池底部ITO上制备金属电极Al，钙钛矿电池顶部透明PET衬底上打孔引出金属栅线电极Ag，得到钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池。本实施例中分别采用热蒸发制备600nm的Al金属电极和100nm的Ag金属电极。
11.叠层电池的结果：开路电压：2.0V，短路电流密度：19.6mA/cm2，填充因子：79％，电池的效率：30.97％。
综上，本发明提供了一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层太阳电池，通过增大顶部钙钛矿电池的受光面积补偿电流损失，实现电流匹配，同时可进一步提高叠层电池的开路电压，进而获得高效钙钛矿/晶硅叠层电池；此外，由于更宽带隙钙钛矿电池可获得更高的叠层开路电压可将此种电池应用于电解水、二氧化碳还原等研究；最后，此种叠层电池在获得相同功率时在传输过程中的能量损失更小，可获得更高的供电效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于采用带隙为1.75～2.0eV更宽带隙的钙钛矿电池为顶电池，通过导电粘合剂与底部晶硅电池构成两端的叠层结构；在此两端叠层电池中顶、底电池的面积不相等，顶电池面积与底电池面积之比在1.1-2.0之间，通过增大顶部钙钛矿电池的面积从而补偿顶电池的电流，实现顶、底电池的电流匹配。
2.根据权利要求1所述的高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述导电粘合剂为以下所述中的任何一种：1)包含粘合剂树脂、金属导电颗粒或者金属氧化物导电颗粒和有机溶剂构成的混合物；所述混合物具体为低温银浆或ITO导电粘合剂；2)单纯的透明导电氧化物薄膜铟锡氧化物半导体(ITO)、锌锡氧化物半导体(IZO)或铟镓锌氧化物半导体(IGZO)；3)金、铂、银或钯金属纳米阵列；所述的导电粘合剂材料通过溅射法、蒸发法或溶液法实现。
3.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿顶电池为更宽带隙的有机无机杂化钙钛矿材料，或全无机的钙钛矿材料；所述钙钛矿顶电池材料的组分是铅基、非铅基或其他混合型钙钛矿材料；所述的钙钛矿顶电池采用两步顺序沉积或一步反溶剂沉积的溶液法制备，或采用蒸发法沉积或者化学气相沉积法沉积制备。
4.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿顶电池和晶硅电池的结构为pin型的电池结构或nip型的电池结构。
5.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿电池的空穴材料为无机的NiOX、MnS或CuSCN，或者为有机材料PTAA、Spiro-OMeTAD或Spiro-TTB；电子层传输材料为无机的SnO2或TiO2，或者为有机材料PCBM或C60。
6.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿电池以及晶硅电池的透明电极材料为ITO、IZO、IO:H或IZrO。
7.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿顶电池制备在坚硬的衬底上，或制备在柔性衬底PEN、PET上。
8.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的晶硅底电池为平面型硅电池、单面制绒或者双面制绒的硅太阳电池，所述的硅电池是n型硅片、p型硅片、CZ型或者FZ型。
9.根据权利要求10所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的硅电池是硅异质结电池、TOP-Con电池、POLO电池、DASH电池或者同质结电池。
10.根据权利要求1所述的一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿电池的结构是平面型、介孔型或有机结构型。
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