CN112542548A - 一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法，该太阳电池包括柔性透明导电基底、P型薄膜晶硅窗口层、柔性钙钛矿光吸收层、柔性电子传输层和柔性背电极，柔性透明导电基底由第一柔性衬底通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成；P型薄膜晶硅窗口层设在柔性透明导电基底的背侧；柔性钙钛矿光吸收层设在P型薄膜晶硅窗口层、柔性电子传输层之间，柔性电子传输层为超薄聚乙烯亚胺薄膜修饰的二氧化锡电子传输层，柔性背电极由第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜形成。本发明结构设计合理，大幅提高太阳电池的柔性，制得的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池适用于作为光伏粘贴膜使用。

Description

一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

相对于晶硅电池因晶硅材料制造成本难于进一步下降的情况，使用钙钛矿材料CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl，Br，orI)为主要光吸收层的太阳电池(以下称为钙钛矿型太阳电池)光电转换效率超过20％，并且具有薄膜化、室温溶液制备、无稀有元素的低制造成本特性，极具应用前景。

公开号为CN105226187B的专利说明书中公开了一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，由透明导电基底、P型薄膜晶硅空穴传输层、钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和背电极构成，其中，钙钛矿光吸收层与P型薄膜晶硅空穴传输层具备相匹配的能级；其组成顺序方式是：P型薄膜晶硅空穴传输层置于透明导电基底上面，钙钛矿光吸收层置于P型薄膜晶硅空穴传输层的上面，钙钛矿光吸收层与P型薄膜晶硅空穴传输层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结，由致密二氧化钛构成的电子传输层置于钙钛矿光吸收层上面，背电极置于由致密二氧化钛构成的电子传输层上面，以上五个功能层依次叠加，构成此薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。

但是这种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池在使用时存在不足之处，其内的钙钛矿光吸收层弯曲性能差，导致太阳电池整体不适用于作为光伏粘贴膜使用，大大限制其应用。因此，需要对现有的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池进行优化改进。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，包括：

柔性透明导电基底，所述柔性透明导电基底由第一柔性衬底通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成；

P型薄膜晶硅窗口层，所述P型薄膜晶硅窗口层整体呈波浪形结构，所述P型薄膜晶硅窗口层设在柔性透明导电基底的背侧；

柔性钙钛矿光吸收层，所述柔性钙钛矿光吸收层设在P型薄膜晶硅窗口层远离柔性透明导电基底的一侧；

柔性电子传输层，所述柔性电子传输层整体也呈波浪形结构，所述柔性电子传输层设在柔性钙钛矿光吸收层远离P型薄膜晶硅窗口层的一侧，所述柔性电子传输层为超薄聚乙烯亚胺薄膜修饰的二氧化锡电子传输层；

柔性背电极，所述柔性背电极是由第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜形成的，所述柔性背电极设在柔性电子传输层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，所述第一柔性衬底为聚乙烯对苯二甲酯基底，所述第二柔性衬底为聚亚酰胺基底。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，所述P型薄膜晶硅窗口层的制备方法为：将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，所述薄膜I和薄膜II反应沉积时，衬底表面温度：100-260℃；含硼气体与硅烷之比的硼掺杂剂浓度：BS≤2％；。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，所述柔性钙钛矿光吸收层的制备方法为：将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，干燥。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，按重量份计，含镉的前驱体40-50份、溶剂40-50份、二氧化硅溶胶10-20份。

进一步地，上述薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中，所述溶剂为二甲基甲酰胺或丙二醇，所述有机胺为甲胺或正丁胺。

一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)选用聚乙烯对苯二甲酯基底作为第一柔性衬底，在第一柔性衬底上通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成柔性透明导电基底；

2)将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料，制备P型薄膜晶硅窗口层；

3)将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，制备钙钛矿光吸收层；

4)利用超薄聚乙烯亚胺薄膜对二氧化锡电子传输层修饰，形成柔性电子传输层，将柔性电子传输层的超薄聚乙烯亚胺薄膜热熔在柔性钙钛矿光吸收层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上；

5)选用聚亚酰胺基底作为第二柔性衬底，在第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜制成柔性背电极，将柔性背电极的第二柔性衬底热熔在柔性电子传输层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上。

本发明的有益效果是：

本发明结构设计合理，将组成太阳电池的柔性透明导电基底、P型薄膜晶硅窗口层、柔性钙钛矿光吸收层、柔性电子传输层及柔性背电极均设置为柔性结构，并在其基础上进一步地将P型薄膜晶硅窗口层、柔性电子传输层设计为适应完全的波浪形结构，大幅提高太阳电池的柔性，适用于作为光伏粘贴膜使用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

附图中，各部件的标号如下：

1-柔性透明导电基底，2-P型薄膜晶硅窗口层，3-柔性钙钛矿光吸收层，4-柔性电子传输层，5-柔性背电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1所示，本实施例为一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，包括：

柔性透明导电基底1，柔性透明导电基底1由第一柔性衬底通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成；

P型薄膜晶硅窗口层2，P型薄膜晶硅窗口层2整体呈波浪形结构，P型薄膜晶硅窗口层设在柔性透明导电基底的背侧；

柔性钙钛矿光吸收层3，柔性钙钛矿光吸收层3设在P型薄膜晶硅窗口层2远离柔性透明导电基底1的一侧；

柔性电子传输层4，柔性电子传输层4整体也呈波浪形结构，柔性电子传输层4设在柔性钙钛矿光吸收层3远离P型薄膜晶硅窗口层2的一侧，柔性电子传输层4为超薄聚乙烯亚胺薄膜修饰的二氧化锡电子传输层；

柔性背电极5，柔性背电极5是由第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜形成的，柔性背电极5设在柔性电子传输层4远离柔性钙钛矿光吸收层3的一侧。

本实施例中，第一柔性衬底为聚乙烯对苯二甲酯基底，第二柔性衬底为聚亚酰胺基底。

本实施例中，P型薄膜晶硅窗口层的制备方法为：将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料。薄膜I和薄膜II反应沉积时，衬底表面温度：100-260℃；含硼气体与硅烷之比的硼掺杂剂浓度：BS≤2％；。

本实施例中，柔性钙钛矿光吸收层的制备方法为：将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体按重量份计，含镉的前驱体40-50份、溶剂40-50份、二氧化硅溶胶10-20份；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，干燥。

溶剂为二甲基甲酰胺或丙二醇，有机胺为甲胺或正丁胺。

本实施例提供的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池结构设计合理，将组成太阳电池的柔性透明导电基底、P型薄膜晶硅窗口层、柔性钙钛矿光吸收层、柔性电子传输层及柔性背电极均设置为柔性结构，并在其基础上进一步地将P型薄膜晶硅窗口层、柔性电子传输层设计为适应完全的波浪形结构，大幅提高太阳电池的柔性，适用于作为光伏粘贴膜使用。

实施例二

本实施例提供了一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)选用聚乙烯对苯二甲酯基底作为第一柔性衬底，在第一柔性衬底上通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成柔性透明导电基底；

2)将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料，制备P型薄膜晶硅窗口层；

3)将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，制备钙钛矿光吸收层；

4)利用超薄聚乙烯亚胺薄膜对二氧化锡电子传输层修饰，形成柔性电子传输层，将柔性电子传输层的超薄聚乙烯亚胺薄膜热熔在柔性钙钛矿光吸收层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上；

5)选用聚亚酰胺基底作为第二柔性衬底，在第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜制成柔性背电极，将柔性背电极的第二柔性衬底热熔在柔性电子传输层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上。

本实施例的一个具体应用为：本实施例结构设计合理，。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于，包括：

柔性透明导电基底，所述柔性透明导电基底由第一柔性衬底通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成；

P型薄膜晶硅窗口层，所述P型薄膜晶硅窗口层整体呈波浪形结构，所述P型薄膜晶硅窗口层设在柔性透明导电基底的背侧；

柔性钙钛矿光吸收层，所述柔性钙钛矿光吸收层设在P型薄膜晶硅窗口层远离柔性透明导电基底的一侧；

柔性电子传输层，所述柔性电子传输层整体也呈波浪形结构，所述柔性电子传输层设在柔性钙钛矿光吸收层远离P型薄膜晶硅窗口层的一侧，所述柔性电子传输层为超薄聚乙烯亚胺薄膜修饰的二氧化锡电子传输层；

柔性背电极，所述柔性背电极是由第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜形成的，所述柔性背电极设在柔性电子传输层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于：所述第一柔性衬底为聚乙烯对苯二甲酯基底，所述第二柔性衬底为聚亚酰胺基底。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于，所述P型薄膜晶硅窗口层的制备方法为：将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料。

4.根据权利要求3所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于：所述薄膜I和薄膜II反应沉积时，衬底表面温度：100-260℃；含硼气体与硅烷之比的硼掺杂剂浓度：BS≤2％。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于：所述柔性钙钛矿光吸收层的制备方法为：将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，干燥。

6.根据权利要求5所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于：按重量份计，含镉的前驱体40-50份、溶剂40-50份、二氧化硅溶胶10-20份。

7.根据权利要求5所述的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，其特征在于：所述溶剂为二甲基甲酰胺或丙二醇，所述有机胺为甲胺或正丁胺。

8.一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)选用聚乙烯对苯二甲酯基底作为第一柔性衬底，在第一柔性衬底上通过直流溅射法沉积透明导电金膜制成柔性透明导电基底；

2)将柔性透明导电基底放在真空室内，真空度低于2kPa；在柔性透明导电基底上沉积薄膜I，之后再沉积薄膜II，辉光激励频率为110-120MHz；向反应室通入反应气体为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，通过调节硼掺杂剂浓度，使薄膜II中BS为薄膜I中BS的3-5倍；薄膜I是具有高晶化率宽带隙纳米硅的薄膜，薄膜II是厚度为80nm的高电导率的宽带隙p型微晶硅材料，制备P型薄膜晶硅窗口层；

3)将含镉的前驱体分散于溶剂中，加入二氧化硅溶胶制得胶状体；将钼酸钠、硫代乙酰胺溶于去离子水中，接着加热进行水热反应，形成不规则片状二硫化钼并加入胶状体中混合得混合液I；将卤化氢和有机胺气体混合均匀，得到气体I；将混合液I于柔性透明导电基底设有P型薄膜晶硅窗口层的一侧连续刮涂，置于烘箱中预烘，转入高压仓，在高压仓内通入气体I，增压增温使得不规则片状二硫化钼晶化，制得均匀致密的钙钛矿膜；将的钙钛矿膜移出高压仓，制备钙钛矿光吸收层；

4)利用超薄聚乙烯亚胺薄膜对二氧化锡电子传输层修饰，形成柔性电子传输层，将柔性电子传输层的超薄聚乙烯亚胺薄膜热熔在柔性钙钛矿光吸收层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上；

5)选用聚亚酰胺基底作为第二柔性衬底，在第二柔性衬底通过磁控溅射法沉积多层Mo薄膜制成柔性背电极，将柔性背电极的第二柔性衬底热熔在柔性电子传输层远离柔性钙钛矿光吸收层的一侧上。

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