CN112864262A - 一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法 - Google Patents

一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机械压合的钙钛矿‑硅两端串联电池及制备方法；该钙钛矿‑硅两端串联电池包括：钙钛矿电池和硅电池；其中，所述钙钛矿电池的第一端面形成有第一镂空电极层；所述硅电池的第二端面形成有第二镂空电极层；所述钙钛矿电池和所述硅电池被机械压合在一起实现串联，串联部分为所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层对接形成的透光导电层：本发明实现了一种高性能、低成本的钙钛矿‑硅两端串联太阳能电池。

Description

一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法。
背景技术
在化石资源有限、能源危机的背景下，太阳能因其储量丰富，利用成本低，被认为是很有潜力的一种新型能源，并得到了广泛的使用。其中，采用光伏发电对光能进行利用的份额逐年上升提升。光伏发电的核心组件是光伏电池，其已在上世纪实现了商业化。目前，主流市场的光伏电池仍为硅电池，但由于硅电池的成本较高，低成本的光伏电池的研究一直在进行中；其中，薄膜电池就是一个重要的研究方向。
在众多薄膜电池中，钙钛矿太阳能电池发展尤为迅速，从2009年仅有3.8％单结电池效率的钙钛矿太阳能电池，发展到目前突破25％的单结电池效率只用了短短几年时间。此外，钙钛矿材料具有吸光系数高、激子分离能低以及带隙可调等优势，进一步拓宽了钙钛矿光伏器件的应用，因此被视为最有潜力的一种新型光伏器件。但是，由于肖特基-莫特极限的存在，钙钛矿太阳能电池的单结电池效率目前最高仅能做到33％。由于光伏电池效率的每一点提升都可以创造更大的经济效益，因此，如何在低成本条件下进一步提升钙钛矿太阳能电池的单结电池效率一直是研究的热点。
现有技术中，两端钙钛矿-硅串联太阳能电池和四端钙钛矿-硅串联太阳能电池具有远高于全钙钛矿串联电池的光电转化率。此外，通过理论计算可知，钙钛矿硅串联电池理论极限效率为43％，高于全钙钛矿串联电池39％。
然而，四端钙钛矿-硅串联太阳能电池对于上下两端的部件需要外引线实现键合，且引线键合需要较多的导线才能降低电阻，从而增加了材料成本和工艺成本、无法满足低成本、高性能的需求。而两端钙钛矿-硅串联太阳能电池理论上虽然极限性能更高，但是对两种电池之间的光学设计和电流匹配也提出了更高的要求，且两端钙钛矿-硅串联太阳能电池中的复合层和钙钛矿顶部电池的制作不能损坏底部电池，制作难度和设计复杂度均远高于四端子串联设备，仍然无法满足低成本、高性能的需求。
发明内容
为了获得高性能、低成本的钙钛矿-硅串联太阳能电池，本发明提供了一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，包括：钙钛矿电池和硅电池；其中，
所述钙钛矿电池的第一端面形成有第一镂空电极层；
所述硅电池的第二端面形成有第二镂空电极层；
所述钙钛矿电池和所述硅电池被机械压合在一起实现串联，串联部分为所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层对接形成的透光导电层。
优选地，其特征在于，所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线。
优选地，所述第一端面为所述钙钛矿电池的下端面；
所述钙钛矿电池自上而下包括：玻璃层、透明导电氧化物层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层以及一层所述金属栅线。
优选地，所述第二端面为所述硅电池的上端面；
所述硅电池自下而上包括：底部电极、P型硅衬底、N型硅发射层、制绒层以及一层所述金属栅线。
优选地，所述硅电池中的所述金属栅线是印刷在所述制绒层上表面的；所述钙钛矿电池中的所述金属栅线是印刷在所述空穴传输层下表面的。
优选地，所述金属栅线的高度为2μm±1μm。
优选地，所述金属栅线的材质为银或铝。
第二方面，本发明提供了一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的制备方法，包括：
步骤A：制作钙钛矿电池，并在所述钙钛矿电池的第一端面制作第一镂空电极层；
步骤B：制作硅电池，并在所述硅电池的第二端面制作第二镂空电极层；
步骤C：对制作完毕的所述钙钛矿电池和所述硅电池进行机械压合，以使所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层对接形成透光导电层，实现所述钙钛矿电池和所述硅电池的串联。
优选地，
所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线；所述第一端面为所述钙钛矿电池的下端面；
所述制作钙钛矿电池，并在所述钙钛矿电池的第一端面制作第一镂空电极层，包括：
获取沉积有透明导电氧化物的玻璃衬底；
在所述玻璃衬底的下表面旋涂电子传输材料，并在旋涂完毕后进行退火处理，形成电子传输层；
在所述电子传输层的下表面旋涂钙钛矿溶液，并在旋涂完毕后进行退火处理，形成钙钛矿光吸收层；
采用旋涂工艺在所述钙钛矿光吸收层的下表面制作空穴传输层；
在所述空穴传输层的下表面印刷一层金属栅线，得到制作完成的钙钛矿电池。
优选地，所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线；所述第二端面为所述硅电池的上端面；
所述制作硅电池，并在所述硅电池的第二端面制作第二镂空电极层，包括：
获取硅片；
采用各向异性腐蚀工艺在所述硅片的上表面制作绒面，形成制绒层；
从所述制绒层对所述硅片进行磷扩散，以在所述硅片表面生长PN结；
移除所述硅片的下表面以及周边生长的PN结，仅保留所述制绒层下方的PN结；
在所述制绒层的上表面印刷一层金属栅线，并在所述硅片的下表面制作底部电极，得到制作完成的钙钛矿电池。
本发明提供的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，分别在钙钛矿电池和硅电池上制作了镂空的电极层；并且，本发明通过机械压合的方式将两者的镂空电极层对接在一起，形成了透光导电层，且同时实现了钙钛矿电池和硅电池的串联。与现有的四端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明避免了因过多透明电极引入而导致的性能不足；与现有的两端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明通过机械压合两个电极层的方式，对界面、层之间电荷传输的要求不高，且机械压合的工艺成熟，工艺成本相对较为低廉；由此，本发明实现了一种高性能、低成本的钙钛矿-硅两端串联太阳能电池。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的制备方法流程图；
图4是本发明实施例中制备钙钛矿电池的过程示意图；
图5是本发明实施例中制备硅电池的过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了获得高性能、低成本的钙钛矿-硅串联太阳能电池，本发明实施例提供了一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池及制备方法。首先，对本发明实施例提供的一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池进行详细说明，参见图1所示，该钙钛矿-硅两端串联电池包括：钙钛矿电池1和硅电池2。
其中，钙钛矿电池1的第一端面形成有第一镂空电极层；硅电池2的第二端面形成有第二镂空电极层；钙钛矿电池1和硅电池2被机械压合在一起实现串联，串联部分为第一镂空电极层和第二镂空电极层对接形成的透光导电层。
可以理解的是，钙钛矿电池1作为高带隙电池，硅电池2作为低带隙电池，两者对接实现了两部分光伏电池的带隙调整匹配，可以拓宽对太阳光波段的吸收。其中，低带隙电池可以拓宽太阳光光子的利用率；高带隙电池可以减少半导体捕获高能光子后电子跃迁后驰豫过程的热能损失；相应的，串联得到的钙钛矿-硅两端串联电池的极限效率也高于单结电池。
本发明实施例中，钙钛矿电池1的第一端面指的是钙钛矿电池1靠近硅电池2且与硅电池2串联的那一端面；相应的，硅电池2的第二端面指的是硅电池2靠近钙钛矿电池1且与钙钛矿电池1串联的那一端面；关于第一端面和第二端面各自的具体朝向在该实施例中不做限定。
可以理解的是，由于第一镂空电极层和第二镂空电极层均为镂空的，故而他们两者对接后形成的层可以允许光线透过，即他们两者形成了透光导电层。
在实际应用中，第一镂空电极层和第二镂空电极层均可以为一层金属栅线16，由此，钙钛矿电池1和硅电池2通过带隙调节进行匹配，通过金属栅线连接进行电荷传输。或者，在另一种实现方式中，第一镂空电极层和第二镂空电极层也可以具有其他的电极图案；也就是说，本发明实施例中对第一镂空电极层和第二镂空电极层的电极图案不做具体限定，任何能够对接形成的透光导电层的第一镂空电极层和第二镂空电极层均适用于本发明实施例。
本发明实施例提供的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，分别在钙钛矿电池1和硅电池2上制作了镂空的电极层；并且，本发明实施例通过机械压合的方式将两者的镂空电极层对接在一起，形成了透光导电层，且同时实现了钙钛矿电池1和硅电池2的串联。与现有的四端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明实施例避免了因过多透明电极引入而导致的性能不足；与现有的两端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明实施例通过机械压合两个电极层的方式，对界面、层之间电荷传输的要求不高，且机械压合的工艺成熟，工艺成本相对较为低廉；由此，本发明实施例实现了一种高性能、低成本的钙钛矿-硅两端串联太阳能电池。
在一个实施例中，参见图2所示，钙钛矿电池1的第一端面为钙钛矿电池1的下端面；相应的，该钙钛矿电池1自上而下包括：玻璃层11、透明导电氧化物层12、电子传输层13、钙钛矿光吸收层14、空穴传输层15以及一层金属栅线16。
与钙钛矿电池1相对应的，参见图2所示，硅电池2的第二端面为硅电池2的上端面；相应的，该硅电池2自下而上包括：底部电极24、P型硅衬底21、N型硅发射层23、制绒层22以及一层金属栅线16。
优选地，硅电池2中的金属栅线16可以是印刷在制绒层22上表面的；钙钛矿电池1中的金属栅线16同样可以是印刷在空穴传输层15下表面的。
可以理解的是，印刷工艺是一种成熟工艺，故本发明实施例中，实现钙钛矿电池1和硅电池2的串联所需的工艺并不复杂，工艺成本相对较低。
优选地，上述的金属栅线16的高度可以为2μm±1μm。
优选地，金属栅线16的材质可以为银或铝；也就是说，上述的金属栅线16可以是银栅线或铝栅线。
相应于上述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，本发明实施例还提供了该钙钛矿-硅两端串联电池的制备方法。如图3所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤A：制作钙钛矿电池1，并在钙钛矿电池1的第一端面制作第一镂空电极层；
步骤B：制作硅电池2，并在硅电池2的第二端面制作第二镂空电极层；
步骤C：对制作完毕的钙钛矿电池1和硅电池2进行机械压合，以使第一镂空电极层和第二镂空电极层对接形成透光导电层，实现钙钛矿电池1和硅电池2的串联。
其中，钙钛矿电池1的第一端面指的是钙钛矿电池1靠近硅电池2且与硅电池2串联的那一端面；相应的，硅电池2的第二端面指的是硅电池2靠近钙钛矿电池1且与钙钛矿电池1串联的那一端面；关于第一端面和第二端面各自的具体朝向可以不做限定。
在实际应用中，第一镂空电极层和第二镂空电极层均可以为一层金属栅线16；或者，第一镂空电极层和第二镂空电极层也可以形成为其他的电极图案。
另外，可以理解的是，在将钙钛矿电池1和硅电池2进行机械压合时，可以将将钙钛矿电池1倒扣硅电池2上，使第一镂空电极层和第二镂空电极层对接；然后将钙钛矿电池1和硅电池2进行机械压合，形成相当于引线键合的稳定连接，而无需额外引入引线。
本发明实施例提供的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的制备方法中，分别在钙钛矿电池1和硅电池2上制作了镂空的电极层；并且，本发明实施例通过机械压合的方式将两种电池的镂空电极层对接在一起，形成了透光导电层，且同时实现了钙钛矿电池1和硅电池2的串联。与现有的四端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明实施例制备出的钙钛矿-硅两端串联电池，避免了因过多透明电极引入而导致的性能不足；与现有的两端钙钛矿-硅串联太阳能电池相比，本发明实施例通过机械压合两个电极层的方式实现两种电池的串联，对界面、层之间电荷传输的要求不高，且机械压合的工艺成熟，工艺成本相对较低；由此，本发明实施例能够制备出一种高性能、低成本的钙钛矿-硅两端串联太阳能电池。
示例性的，当第一镂空电极层和第二镂空电极层均为一层金属栅线16，且钙钛矿电池1的第一端面为钙钛矿电池1的下端面时，上述的步骤A可以包括下述的多个子步骤：
步骤A1：获取沉积有透明导电氧化物的玻璃衬底。
其中，透明导电氧化物如ITO(氧化铟锡)，当然，并不局限于此。参见图4中的标记(a)所示的样品，该玻璃衬底包括玻璃层11和透明导电氧化物层12，该透明导电氧化物层12的厚度优选为100nm～200nm。该玻璃衬底可以为薄膜光伏器件提供支撑，太阳光从玻璃层11这一侧进入整体器件。
在实际应用中，玻璃衬底可以预先经过清洗以去除杂质；具体而言，将玻璃衬底依次放入碱性洗涤剂、丙酮以及酒精溶液中超声15min，然后吹干。
步骤A2：在玻璃衬底的下表面旋涂电子传输材料，形成电子传输层13。
其中，电子传输材料可以是氧化锡，当然，并不局限于此。
以旋涂氧化锡举例而言，将含有15％氧化锡的水胶体分散液与去离子水按照1:2比例混合搅拌均匀；取200μl(百万之一升)在上述的玻璃衬底上进行静态旋涂，转速3000r/min(转/分钟)，旋涂时间30s。然后，将旋涂好的样品放置在热台上150℃退火30min；接着，从热台上取下样品静置到室温，旋涂物便可以形成厚度约为20nm～30nm的氧化锡薄膜，即形成了电子传输层13，实现电荷传输。
该步骤A2执行完毕后得到样品可以参见图4中的标记(b)所表示的状态；
步骤A3：在电子传输层13的下表面旋涂钙钛矿溶液，并在旋涂完毕后进行退火处理，形成钙钛矿光吸收层14。
其中，该钙钛矿光吸收层14的有效成分可以是FAMAPbIxCl3-x(甲基甲脒铵铅碘氯化物钙钛矿)或者MAPbI3(甲基铵铅三碘化物钙钛矿)。
以FAMAPbIxCl3-x举例而言，采用旋涂工艺，在电子传输层13的下表面采用两步旋涂法旋涂钙钛矿溶液；第一步，取75μl钙钛矿前驱体溶液，该钙钛矿前驱体溶液由1.36mol/l的PbI2(碘化铅)和0.24mol/l的PbCl2(氯化铅)混合溶解在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中形成；然后，在电子传输层13的下表面静态旋涂混合溶液，转速为3000r/min，旋涂时间40s。第二步，进一步旋涂一层MAI(碘甲胺)/FAI(碘甲脒)的异丙醇混合溶液，溶液浓度为100mg/ml(毫克/毫升)，MAI和FAI质量比为7:3，旋涂量为200μl；仍旧采用静态旋涂，旋涂速度为3000r/min，旋涂时间40s；最后，在手套箱里对旋涂好的样品进行退火，退火温度为150℃，退火时间为10min，形成结晶的钙钛矿薄膜，即形成钙钛矿光吸收层14，该钙钛矿光吸收层14的厚度约为400nm～500nm。
再以MAPbI3举例而言，采用旋涂工艺，在电子传输层13的下表面采用一步旋涂法旋涂钙钛矿溶液；具体的，取75μl钙钛矿前驱体混合溶液，该钙钛矿混合溶液由1.4mol/l的PbI2和1.35mol/l的MAI混合于DMSO(二甲基亚砜)：GBL(γ-丁内酯)＝3:7溶液而成；然后，在透明导电氧化物层12的下表面静态旋涂混合溶液，可以先以1000r/min的转速旋涂20s，再以4000r/min的转速旋涂40s；其中，在旋涂时间达到17s时滴入350μl氯苯溶液进行萃取；最后，在手套箱里对旋涂好的样品进行退火，退火温度为100℃，退火时间20min，形成结晶的钙钛矿薄膜MAPbI3，其厚度约为400nm。
该步骤执行完毕后得到的样品可以参见图4中的标记(c)所示的状态。
步骤A4：采用旋涂工艺在钙钛矿光吸收层14的下表面制作空穴传输层15。
其中，制作空穴传输层15所需的原料可以是掺杂有锂盐和钴盐的spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)混合溶液，当然，并不局限于此。其中，该spiro-OMeTAD混合溶液中，spiro-OMeTAD在氯苯溶液中浓度为90mg/ml，且该混合溶液中添加了170mg/ml锂盐、添加了100mg/ml钴盐的乙腈溶液以及TBP(磷酸三丁酯)溶液，添加量分别为75μl/ml、45μl/ml、10μl/ml。
以上述的spiro-OMeTAD溶液举例而言，取80μl的spiro-OMeTAD混合溶液静态旋涂在钙钛矿光吸收层14的下表面，先以1000r/min的速度旋涂10s，然后，以4000r/min的速度旋涂40s，待溶液干燥好即形成了空穴传输层15。
该步骤中，空穴传输层15的厚度优选为150nm。
另外，该步骤中，也可以使用蒸镀工艺在钙钛矿光吸收层14的下表面制作空穴传输层15。
其中，制作好的空穴传输层15的厚度优选为100nm。
步骤A5：在空穴传输层15的下表面印刷一层金属栅线16，得到制作完成的钙钛矿电池1。
其中，金属栅线16的材质可以是银或者铝等。也就是说，金属栅线16可以是银栅线或者铝栅线。
以银栅线举例而言，采用银浆印刷烧结工艺，在空穴传输层15的下表面印刷一层高度约为2μm的银栅线。
该步骤执行完毕后得到的样品可以参见图4中的标记(d)所示的状态。
基于这种金属栅线16构成的第一镂空电极层和第二镂空电极层；硅电池2的第二端面为硅电池2的上端面；相应的，步骤B中，制作硅电池，并在硅电池2的第二端面制作第二镂空电极层，可以包括：
步骤B1：获取硅片。
在实际应用中，该硅片可以是对尺寸较大的原始硅片上切割而来的硅片。优选地，可以选取厚度约为250μm原始硅片，采用切片工艺，将硅片切割成20mm*25mm的硅片。另外，还可以对切割好的硅片进行进一步的清洗和表面处理。具体而言，可以将切割好的硅片依次放入碱性洗涤剂、丙酮以及酒精溶液中超声15min，然后吹干；接着，用40wt(质量百分比)％的氢氧化钠溶液在90℃下将玻璃衬底表面切割损伤层除去30μm～50μm。
该步骤中获取的硅片可以参见图5中的标记(a)所示的状态。
步骤B2：采用各向异性腐蚀工艺在硅片的上表面制作绒面，形成制绒层22。
具体的，将硅片放入3wt％氢氧化钠碱溶液中进行各向异性腐蚀，以在硅片表面制备绒面；在制绒过程中，加热温度至80℃，制绒反应时间20分钟，绒面金字塔大小控制在约2μm左右；经过制绒处理，硅片表面的反射率可以达到约10％。优选地，该制绒层的厚度优选为3μm。
可以理解的是，该制绒步骤可以提高硅片的陷光作用。
该步骤执行完毕后得到样品可以参见图5中的标记(b)所示的状态。
步骤B3：从制绒层22对硅片进行磷扩散，以在硅片表面生长PN结。
具体的，采用涂布源、液态源或固态氮化磷片状源从硅片靠近制绒层22的一侧进行磷扩散，形成PN+结；在实际应用中，扩散炉中温度可以控制在800℃，采用POCl3(三氯氧磷)扩散，扩散层厚度约为300-500nm，扩散方阻约为100Ω/□；最终形成的PN结的结深约0.3μm～0.5μm。
步骤B4：移除硅片的下表面以及周边生长的PN结，仅保留制绒层22下方的PN结；
可以理解的是，在上述的步骤B3中，磷扩散的效果会使得硅片的下表面以及周边也生长出PN结，这些PN结会使电池上下电极短路，是硅电源所不需要的；因此，该步骤B4中，将硅片的下表面以及周边生长的PN结均移除，从而仅保留制绒层22所在那面的PN结，该PN结实际是生长在制绒层22下方的。
在实际应用中，可以采用湿法刻蚀工艺将硅片的下表面以及周边生长的PN结刻蚀掉。
该步骤执行完毕后得到样品可以参见图5中的标记(c)所示的状态。其中，PN结的厚度优选控制在200nm～400nm，这层PN结即形成N型硅发射层，下方的硅片形成P型硅衬底，厚度约200μm。
步骤B5：在制绒层22的上表面印刷一层金属栅线16，并在硅片的下表面制作底部电极24，得到制作完成的钙钛矿电池1。
这里，金属栅线16同样可以是银栅线或铝栅线，且同样采用印刷工艺在制绒层22的上表面印刷一层金属栅线16。该金属栅线16的高度优选为2μm。
优选地，为了简化工艺制备过程，在硅片的下表面制作的底部电极24也可以是一层金属栅线16，当然，并不一定如此，本发明实施例对底部电极24的具体形态和材质不做限定。
该步骤执行完毕后得到样品可以参见图5中的标记(d)所示的状态。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，包括：钙钛矿电池和硅电池；其中，
所述钙钛矿电池的第一端面形成有第一镂空电极层；
所述硅电池的第二端面形成有第二镂空电极层；
所述钙钛矿电池和所述硅电池被机械压合在一起实现串联，串联部分为所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层对接形成的透光导电层。
2.根据权利要求1所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线。
3.根据权利要求2所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述第一端面为所述钙钛矿电池的下端面；
所述钙钛矿电池自上而下包括：玻璃层、透明导电氧化物层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层以及一层所述金属栅线。
4.根据权利要求3所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述第二端面为所述硅电池的上端面；
所述硅电池自下而上包括：底部电极、P型硅衬底、N型硅发射层、制绒层以及一层所述金属栅线。
5.根据权利要求4所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述硅电池中的所述金属栅线是印刷在所述制绒层上表面的；所述钙钛矿电池中的所述金属栅线是印刷在所述空穴传输层下表面的。
6.根据权利要求5所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述金属栅线的高度为2μm±1μm。
7.根据权利要求2至6任一项所述的基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池，其特征在于，所述金属栅线的材质为银或铝。
8.一种基于机械压合的钙钛矿-硅两端串联电池的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：制作钙钛矿电池，并在所述钙钛矿电池的第一端面制作第一镂空电极层；
步骤B：制作硅电池，并在所述硅电池的第二端面制作第二镂空电极层；
步骤C：对制作完毕的所述钙钛矿电池和所述硅电池进行机械压合，以使所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层对接形成透光导电层，实现所述钙钛矿电池和所述硅电池的串联。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线；所述第一端面为所述钙钛矿电池的下端面；
所述制作钙钛矿电池，并在所述钙钛矿电池的第一端面制作第一镂空电极层，包括：
获取沉积有透明导电氧化物的玻璃衬底；
在所述玻璃衬底的下表面旋涂电子传输材料，并在旋涂完毕后进行退火处理，形成电子传输层；
在所述电子传输层的下表面旋涂钙钛矿溶液，并在旋涂完毕后进行退火处理，形成钙钛矿光吸收层；
采用旋涂工艺在所述钙钛矿光吸收层的下表面制作空穴传输层；
在所述空穴传输层的下表面印刷一层金属栅线，得到制作完成的钙钛矿电池。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一镂空电极层和所述第二镂空电极层均为一层金属栅线；所述第二端面为所述硅电池的上端面；
所述制作硅电池，并在所述硅电池的第二端面制作第二镂空电极层，包括：
获取硅片；
采用各向异性腐蚀工艺在所述硅片的上表面制作绒面，形成制绒层；
从所述制绒层对所述硅片进行磷扩散，以在所述硅片表面生长PN结；
移除所述硅片的下表面以及周边生长的PN结，仅保留所述制绒层下方的PN结；
在所述制绒层的上表面印刷一层金属栅线，并在所述硅片的下表面制作底部电极，得到制作完成的钙钛矿电池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113809237A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 常州大学 一种由独立子电池组装的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池器件及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170330986A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 North Carolina State University Intermetallic bonded multi-junction structures
CN109935690A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 北京大学 一种基于硅异质结/钙钛矿二电极的叠层太阳能电池
CN110867516A (zh) * 2019-11-16 2020-03-06 东方日升（常州）新能源有限公司 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池及其制造方法
CN111403519A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 西南石油大学 一种自封装叠层光电器件及其制备方法
CN111725407A (zh) * 2020-06-18 2020-09-29 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 叠层钙钛矿电池的制作方法、叠层钙钛矿电池
CN112018100A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 北京宏泰创新科技有限公司 一种硅/钙钛矿叠层太阳能电池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170330986A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 North Carolina State University Intermetallic bonded multi-junction structures
CN109935690A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 北京大学 一种基于硅异质结/钙钛矿二电极的叠层太阳能电池
CN112018100A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 北京宏泰创新科技有限公司 一种硅/钙钛矿叠层太阳能电池
CN110867516A (zh) * 2019-11-16 2020-03-06 东方日升（常州）新能源有限公司 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池及其制造方法
CN111403519A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 西南石油大学 一种自封装叠层光电器件及其制备方法
CN111725407A (zh) * 2020-06-18 2020-09-29 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 叠层钙钛矿电池的制作方法、叠层钙钛矿电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113809237A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 常州大学 一种由独立子电池组装的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池器件及其制备方法
CN113809237B (zh) * 2021-08-13 2023-05-05 常州大学 一种由独立子电池组装的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池器件及其制备方法

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