CN114203757A - 基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池。硅叠层太阳能电池包括：硅底电池和二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池叠层设置于所述硅底电池之上，所述二维钙钛矿顶电池包括依次远离所述硅底电池的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极。将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠结构方式形成叠层电池，叠层电池中的二维钙钛矿顶电池与硅底电池可以独自独立工作，互不干扰。使用二维钙钛矿作为吸光层，具有显著的稳定性，可以提高器件的整体可靠性。此外，由于使用机械堆叠结构叠层方式避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。

Description

基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地讲，涉及一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池。
背景技术
晶硅太阳能电池是第一代太阳能电池，经过数十年发展，技术已经非常成熟。目前，95％的光伏市场份额被晶硅太阳能电池所占据。实验室报导的最好的晶硅太阳能电池的光电转化效率已经达到26.6％，非常接近它的理论光电转化效率极限29.4％。在物理法则下，晶硅电池的效率提升之路正变得越来越窄。为了实现更高的光电转换效率，越来越多的研究开始关注将晶硅电池与其它的高效率电池组成叠层电池。
叠层电池技术旨在改善较宽的太阳光谱范围与单一半导体局限的吸收边限不相匹配的问题。晶硅太阳能电池的主吸光波段为300-1100nm，而其在短波和长波波段的能量损失已经超过太阳辐射能量的51％。通过引入宽带隙半导体吸光材料作为顶电池，晶硅作为底电池，构筑的叠层太阳能电池能够分段高效利用太阳光谱能量，实现电池效率的有效提升。叠层电池由一个高带隙子电池和一个低带隙子电池组成。低带隙子电池拓宽了太阳光光子的利用率；高带隙子电池减少了半导体捕获高能光子后电子跃迁后驰豫过程的热能损失。因此叠层电池具有比单结电池更高的极限光电转化效率。钙钛矿的带隙可以在1.4-2.3eV之间灵活调节，使其成为非常理想的叠层电池子电池材料。
然而，传统三维钙钛矿太阳能电池在湿、热、持续光照条件下的稳定性较低，限制了钙钛矿太阳能电池的商业化发展。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题
本发明解决的技术问题是：如何提供一种具有高稳定性的叠层太阳能电池结构。
(二)本发明所采用的技术方案
一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，所述硅叠层太阳能电池包括硅底电池和二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池叠层设置于所述硅底电池之上，所述二维钙钛矿顶电池包括依次远离所述硅底电池的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极。
优选地，所述硅底电池为N型异质结HIT硅电池或钝化接触TOPCon电池。
优选地，所述第一传输层为电子传输层且所述第二传输层为空穴传输层，或者，所述第一传输层为空穴传输层且所述第二传输层为电子传输层。
优选地，所述电子传输层采用n型半导体材料，所述空穴传输层采用p型半导体材料。
优选地，所述二维钙钛矿吸光层(1-3)的材料为具有不同组分的RP型(RNH3)2An- 1BnX3n+1，其中，n＝1，2，3，4…；或者DJ型A′(MA)m-1PbmI3m+1，其中，m＝1，2，3，4…。
优选地，所述第一透明电极和所述第二透明电极为氧化铟锡、氟掺杂的二氧化硅导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃中的任一种，厚度为100nm～180nm。
优选地，所述第一透明电极和所述第二透明电极为金属透明电极，厚度为9nm～11nm。
本申请还公开了一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
制备形成二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池包括依序叠层分布的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极；
将制备形成的所述二维钙钛矿顶电池堆叠在预先制备好的硅底电池上，形成硅叠层太阳能电池。
优选地，制备所述二维钙钛矿顶电池的二维钙钛矿吸光层的方法为：
将预定量的苯乙基溴化铵、CH3NH3I和、PbI2在预定温度条件下溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中并加热搅拌，获得二维RP型钙钛矿前驱体溶液；
在所述第二传输层表面上，以3000～3500rpm转速旋涂所述二维RP型钙钛矿前驱体溶液，接着在100℃退火20min，获得所述二维钙钛矿吸光层。
优选地，制备所述二维钙钛矿顶电池的二维钙钛矿吸光层的方法为：
将1:4:5摩尔比的丁二胺氢碘酸盐、CH3NH3I和PbI2溶于N,N-二甲基甲酰胺中并加热搅拌，得到DJ相二维钙钛矿前驱体溶液；
在所述第二传输层表面上，在5000～5500rpm转速下旋涂所述DJ相二维钙钛矿前驱体溶液，接着在100℃退火10min，获得所述二维钙钛矿吸光层。
(三)有益效果
本发明公开了一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池及其制备方法，相对于现有技术，具有如下技术效果：
将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠结构方式形成叠层电池，叠层电池中的二维钙钛矿顶电池与硅底电池可以独自独立工作，互不干扰。使用二维钙钛矿作为吸光层，具有显著的稳定性，可以提高器件的整体可靠性。此外，由于使用机械堆叠结构叠层方式避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。
附图说明
图1为本发明的实施例一的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明的实施例二的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池的制备方法流程示意图；
图3为本发明的实施例三的二维钙钛矿顶电池的结构示意图；
图4为本发明的实施例四的二维钙钛矿顶电池的结构示意图。
附图标记说明：
10-硅底电池：11-金属背电极；12-氧化物透明底电极/SiNx减反层；13-n型硅层/n型Poly-Si；14-第一i型硅层/隧穿氧化硅层；15-c型硅层；16-第二i型硅层/p+发射极；17-p型硅层/Al2O3钝化层；18-氧化物透明顶电极/SiNx钝化减反层；19-金属顶电极。
20-二维钙钛矿顶电池：21-光学耦合层；22-第一透明电极层；23-第一传输层；24-二维钙钛矿吸光层；25-第二传输层；26-第二透明电极层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在详细描述本申请的各个实施例之前，首先简单描述本申请的技术构思：现有技术中传统的叠层太阳能电池，一般采用三维钙钛矿太阳能电池作为顶电池，但是三维钙钛矿吸光层在湿、热、持续光照条件下的稳定性较低，造成整体电池组件的稳定性降低。为此，本申请提供了一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，采用二维钙钛矿电池作为顶电池，提升了电池稳定性，同时采用堆叠方式，避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。
实施例一
图1所示，具体地，本实施例一的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池包括硅底电池10和二维钙钛矿顶电池20，二维钙钛矿顶电池20叠层设置于硅底电池10之上，二维钙钛矿顶电池20包括依次远离硅底电池10的光学耦合层21、第一透明电极层22、第一传输层23、二维钙钛矿吸光层24、第二传输层25和第二透明电极层26。
示例性地，硅底电池10为N型异质结HIT硅电池或钝化接触TOPCon电池。硅底电池10包括自下而上依次层叠的金属背电极11、氧化物透明底电极/SiNx减反层12、n型硅层/n型Poly-Si 13、第一i型硅层/隧穿氧化硅层14、c型硅层15、第二i型硅层/p+发射极16、p型硅层/Al2O3钝化层17、氧化物透明顶电极/SiNx钝化减反层18和金属顶电极19。异质结HIT硅电池和钝化接触TOPCon电池均是比较成熟的硅电池结构，在此不再赘述。
进一步地，本实施例一的第一透明电极层22和第二透明电极层26均具有高透光率和低电阻，优选地，其透光率≥80％，方块电阻≤10Ω/sq。第一透明电极层22和第二透明电极层26的材料可以为ITO(氧化铟锡)、FTO(掺杂氟的SnO2导电玻璃)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)中的任一种。在本实施例一中，第一透明电极层22和第二透明电极层26的厚度为100nm～180nm。
值得说明的是，第一透明电极层22和第二透明电极层26还可以选择透光率在80％以上的金属透明电极，其材料可以采用高透光的Au和Ag中的任一种。若第一透明电极层22和第二透明电极层26为金属透明电极，则可选地，其厚度为9nm～11nm。
进一步地，第一传输层23为电子传输层和空穴传输层中的任一种，第二传输层25为电子传输层和空穴传输层中的另一种。也就是说，第一传输层23和第二传输层25传输的电子类型相反，当第一传输层23为电子传输层时，第二传输层25为空穴传输层；当第一传输层23为空穴传输层时，第二传输层25为电子传输层。在本实施例中，第一传输层23和第二传输层25的厚度均为50nm～80nm。
具体地，电子传输层可以使用n型半导体材料，如氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)等金属氧化物、或者富勒烯(PCBM)等有机物。空穴传输层可以使用p型半导体材料，如2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)、3-己基噻吩(P3HT)、聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)等有机材料，或者氧化镍(NiOx)等无机材料。
在本实施例一中，二维钙钛矿吸光层23的厚度为200nm～500nm。二维钙钛矿吸光层23的材料为具有不同组分的RP型(RNH3)2An-1BnX3n+1，其中，n＝1，2，3，4…；或者DJ型A′(MA)m-1PbmI3m+1，其中，m＝1，2，3，4…。
有机-无机杂化二维钙钛矿具有优良的光电性能、结晶性和稳定性。相比于三维钙钛矿，由于有机间隔阳离子(OSC)的引入形成独特的层状晶体结构赋予了二维钙钛矿材料特殊性质:(1)多层量子阱结构促成材料各项异性的光电性质；(2)间隔阳离子改变前驱体团簇状态，实现溶液中高质量的结晶；(3)间隔层的疏水性质和抑制离子迁移作用，从本源上改善了钙钛矿的稳定性。因此，本实施例一的叠层电池中使用的二维钙钛矿电池，与三维钙钛矿相比具有显著的稳定性，可以提高器件的整体可靠性。
进一步地，光学耦合层21可以采用高折射率介质减反层材料，其折射率应≥2，可以采用MoO3、V2O5、TeO2、Al2O3、LiF、MgF2、SiO2中的任一种，其厚度可以为20～25nm。在本实施例一中，光学耦合层21采用高折射率介质减反层，可以降低表面反射、提高透明电极透光率。
需要说明的是，由于太阳光光谱中的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。因此单结太阳能电池的理论转换效率的一般较低。
太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这就有可能最大限度地将光能变成电能，利用该思想制备的叠层电池可以大大提高性能和稳定性。同时其带隙可调，在进行叠层使用时，可选择合适的带隙以匹配硅的吸光波段，以进一步提高器件整体效率。
本实施例的二维钙钛矿/硅叠层太阳能电池，将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠方式组合在一起，形成叠层电池，叠层电池中的二维钙钛矿顶电池与硅底电池可以独自独立工作，互不干扰。此外，由于使用叠层方式避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。
实施例二
本实施例二的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池的制备方法包括：制备形成二维钙钛矿顶电池，二维钙钛矿顶电池包括依序叠层分布的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极；将制备形成的二维钙钛矿顶电池堆叠在预先制备好的硅底电池上，形成硅叠层太阳能电池。
示例性地，如图2所示，制备形成二维钙钛矿顶电池包括如下步骤：
步骤S10：获取第二透明电极层26并利用溶液旋涂法在第二透明电极层26上生成第二传输层25。
其中，第二透明电极层26具有高透光率和低电阻，优选地，其透光率≥80％，方块电阻≤10Ω/sq。第二透明电极层26的材料可以为ITO(氧化铟锡)、FTO(掺杂氟的SnO2导电玻璃)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)中的任一种。在本实施例二中，第二透明电极层26的厚度为100～180nm。
步骤S20：利用溶液旋涂法在第二传输层25上生成二维钙钛矿吸光层24。具体地，二维钙钛矿吸光层24所采用的二维钙钛矿材料为具有不同组分的RP型(RNH3)2An-1BnX3n+1，其中，n＝1，2，3，4…；或者DJ型A′(MA)m-1PbmI3m+1，其中，m＝1，2，3，4…。有机-无机杂化二维钙钛矿具有优良的光电性能、结晶性和稳定性。相比于三维钙钛矿，由于有机间隔阳离子(OSC)的引入形成独特的层状晶体结构赋予了二维钙钛矿材料特殊性质：(1)多层量子阱结构促成材料各项异性的光电性质；(2)间隔阳离子改变前驱体团簇状态，实现溶液中高质量的结晶；(3)间隔层的疏水性质和抑制离子迁移作用，从本源上改善了钙钛矿的稳定性。因此，本实施例二的叠层电池中使用的二维钙钛矿电池，与三维钙钛矿相比具有显著的稳定性，可以提高器件的整体可靠性。
需要说明的是，在制备二维钙钛矿吸光层24之前，将所述第二透明电极层26和第二传输层25采用UV-ozone(紫外-臭氧)处理15min。
S30：利用溶液旋涂法在二维钙钛矿吸光层24上生成第一传输层23；
其中，第一传输层23包括电子传输层和空穴传输层中的任一种，第二传输层25包括电子传输层和空穴传输层中的另一种。也就是说，第一传输层23和第二传输层25所传输的电子类型相反，例如，当第一传输层23为电子传输层时，第二传输层25为空穴传输层；当第一传输层23为空穴传输层时，则第二传输层25为电子传输层。
S40：利用热蒸发技术或者磁控溅射技术在第一传输层23上制备第一透明电极层22；
在本实施例中，第一透明电极层22具有高透光率和低电阻，优选地，其透光率≥80％，方块电阻≤10Ω/sq。第二透明电极的材料可以为ITO(氧化铟锡)、FTO(掺杂氟的SnO2导电玻璃)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)中的任一种。在本实施例一中，第一透明电极层22的厚度为100nm～180nm。
值得说明的是，本实施例的第一透明电极层22和第二透明电极层26还可以选择透光率在80％以上的金属透明电极，其材料可以采用高透光的Au和Ag中的任一种。若第一透明电极层22和第二透明电极层26为金属透明电极，则可选地，其厚度为9～11nm。
S50：利用热蒸发技术在第一透明电极层22上制备光学耦合层21，得到二维钙钛矿顶电池；
具体地，光学耦合层21制备条件均为：生长温度为600℃，生长压力为1E-4Pa，生长速率为
Figure BDA0003401853760000081
S60：将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠方式组合在一起，形成叠层电池，其中，硅底电池为N型异质结HIT硅电池或钝化接触TOPCon电池。
具体地，将所述二维钙钛矿顶电池叠放在硅底电池上，且使得二维钙钛矿顶电池与硅底电池之间存在一定的空气间隙。
利用本实施例的方法制备的二维钙钛矿/硅叠层太阳电池，将二维钙钛矿顶电池与硅底电池以机械堆叠方式组合在一起，形成叠层电池，叠层电池中的二维钙钛矿顶电池与硅底电池可以独自独立工作，互不干扰。而且，由于使用机械堆叠叠层方式避免了顶电池与底电池之间的工艺冲突，也避免了因为制备顶电池而损伤底部硅电池。
实施例三
在上述实施例二的基础上，本实施例三对所述二维钙钛矿顶电池的制备过程进行具体说明，请参见图3，图3是本实施例提供的一种二维钙钛矿顶电池的结构示意图。如图所示，该二维钙钛矿顶电池包括自上而下依次层叠的光学耦合层21、第一透明电极层22、空穴传输层23a、二维钙钛矿吸光层24、电子传输层25a和第二透明电极层26。
其中，第二透明电极层26采用透明ITO导电玻璃，电子传输层25a采用氧化锡(SnO2)，空穴传输层23a采用Spiro-OMeTAD，第一透明电极层22采用Ag、Au或ITO，光学耦合层21采用TeO2。
本实施例三的二维钙钛矿顶电池的制备方法包括：
步骤3.1：选取第二透明电极层26并进行清洗；
具体地，选取透明ITO导电玻璃作为第二透明电极层26，依次用去污剂、去离子水、丙酮及无水乙醇分别超声清洗20min，然后用氮气流风干。
步骤3.2：在第二透明电极层26上制备电子传输层25a；
具体地，将经清洗的透明ITO导电玻璃采用UV-ozone处理20min，随后将SnO2溶液以3000rpm的转速旋涂在透明ITO导电玻璃上，旋涂时间为30s，在150℃退火30min，形成电子传输层25a。
步骤3.3：在电子传输层25a上制备二维钙钛矿吸光层24；
在室温条件下的手套箱中，将144mg PEAI(苯乙基溴化铵)，92mgMAI(CH3NH3I)，400mgPbI2溶解于0.87ml的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中，溶液在70℃加热搅拌4-5h，制备二维RP型钙钛矿前驱体溶液。在电子传输层25a的表面，在转速3000～3500rpm的条件下旋涂该二维RP型钙钛矿前驱体溶液45s，随后100℃退火20min，得到厚度约为400nm的二维钙钛矿吸光层24。
步骤3.4：在二维钙钛矿吸光层24上制备空穴传输层23a；
具体地，在二维钙钛矿吸光层24上，将已经配好的Spiro-OMeTAD溶液先以1000rpm的转速旋涂5s、再以4000rpm的转速旋涂45s，阴干静置2min，随后放置在湿度为20～25的干燥柜中使其氧化1～2天，形成空穴传输层23a。
步骤3.5：在空穴传输层23a上制备第一透明电极层22；
具体地，在空穴传输层23a上以磁控溅射技术生长一层120nm的ITO，得到第一透明电极层22。
步骤3.6：在第一透明电极层22上制备光学耦合层21；
具体地，在第一透明电极层22上以热蒸发技术生长一层30nm的TeO2，制备条件为：生长温度为600℃，生长压力为1E-4Pa，生长速率为
Figure BDA0003401853760000091
从而制得减反层，即光学耦合层3-6。
实施例四
本实施例提供了另一种二维钙钛矿顶电池的的制备方法，请参见图4，图4是本发明实施例四提供的另一种二维钙钛矿顶电池的结构示意图。该二维钙钛矿顶电池包括自下而上依次层叠的光学耦合层21、第一透明电极层22、电子传输层23b、二维钙钛矿吸光层24、空穴传输层25b和第二透明电极层26。
具体地，第二透明电极层26采用透明ITO导电玻璃，空穴传输层25b采用PEDOT:PSS，电子传输层23b采用PCBM([6，6]-苯基-C71-丁酸异甲酯)，第一透明电极层22采用Ag、Au或者ITO，光学耦合层21采用TeO2。
本实施例四的二维钙钛矿顶电池的制备方法包括：
步骤4.1：选取第二透明电极层26并进行清洗；
具体地，将选取的透明FTO导电玻璃依次用去污剂、去离子水、丙酮以及无水乙醇分别超声清洗15min，然后用氮气流风干。
步骤4.2：在第二透明电极层26上制备空穴传输层25b；
具体地，将清洗好的透明FTO导电玻璃采用UV-ozone处理15min，将PEDOT:PSS溶液以4000rpm的转速旋涂在透明FTO导电玻璃上，旋涂时间为20s，随后150℃退火10分钟，结晶成膜，形成空穴传输层25b。
步骤4.3：在空穴传输层25b上制备二维钙钛矿吸光层24；
将1:4:5摩尔比的BDADI(丁二胺氢碘酸盐)、MAI和PbI2溶于1ml DMF中，在手套箱中70℃加热搅拌4-6h，得到DJ相二维钙钛矿前驱体溶液。在空穴传输层25b表面，先在转速5000～5500rpm的条件下旋涂DJ相二维钙钛矿前驱体溶液45s，100℃退火10min，制得二维钙钛矿吸光层24。
步骤4.4：在二维钙钛矿吸光层24上制备电子传输层23b；
具体地，将已经配好的PCBM溶液以2000rpm转速旋涂在二维钙钛矿吸光层4-3上，旋涂时间为30s，阴干静置2min，随后放置在湿度为20～25的干燥柜中使其氧化1～2天，得到电子传输层23b。
步骤4.5：在电子传输层23b上制备第一透明电极层22；
具体地，在已经制备好的电子传输层23b上以磁控溅射技术生长一层120nm的ITO，得到第一透明电极层22。
步骤4.6：在第一透明电极层22上制备光学耦合层21；
具体地，在已经制备好的第一透明电极层22上以热蒸发技术生长一层30nm的TeO2，制备条件为：生长温度为600℃，生长压力为1E-4Pa，生长速率为
Figure BDA0003401853760000101
从而制得减反层，即光学耦合层21。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述硅叠层太阳能电池包括硅底电池和二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池叠层设置于所述硅底电池之上，所述二维钙钛矿顶电池包括依次远离所述硅底电池的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极。
2.根据权利要求1所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述硅底电池为N型异质结HIT硅电池或钝化接触TOPCon电池。
3.根据权利要求2所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一传输层为电子传输层且所述第二传输层为空穴传输层，或者，所述第一传输层为空穴传输层且所述第二传输层为电子传输层。
4.根据权利要求3所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层采用n型半导体材料，所述空穴传输层采用p型半导体材料。
5.根据权利要求2所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述二维钙钛矿吸光层(1-3)的材料为具有不同组分的RP型(RNH3)2An-1BnX3n+1，其中，n＝1，2，3，4…；或者DJ型A′(MA)m-1PbmI3m+1，其中，m＝1，2，3，4…。
6.根据权利要求1所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极和所述第二透明电极为氧化铟锡、氟掺杂的二氧化硅导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃中的任一种，厚度为100nm～180nm。
7.根据权利要求1所述的基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极和所述第二透明电极为金属透明电极，厚度为9nm～11nm。
8.一种基于二维钙钛矿的硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
制备形成二维钙钛矿顶电池，所述二维钙钛矿顶电池包括依序叠层分布的光学耦合层、第一透明电极层、第一传输层、二维钙钛矿吸光层、第二传输层和第二透明电极；
将制备形成的所述二维钙钛矿顶电池堆叠在预先制备好的硅底电池上，形成硅叠层太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备所述二维钙钛矿顶电池的二维钙钛矿吸光层的方法为：
将预定量的苯乙基溴化铵、CH3NH3I和、PbI2在预定温度条件下溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中并加热搅拌，获得二维RP型钙钛矿前驱体溶液；
在所述第二传输层表面上，以3000～3500rpm转速旋涂所述二维RP型钙钛矿前驱体溶液，接着在100℃退火20min，获得所述二维钙钛矿吸光层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备所述二维钙钛矿顶电池的二维钙钛矿吸光层的方法为：
将1:4:5摩尔比的丁二胺氢碘酸盐、CH3NH3I和PbI2溶于N,N-二甲基甲酰胺中并加热搅拌，得到DJ相二维钙钛矿前驱体溶液；
在所述第二传输层表面上，在5000～5500rpm转速下旋涂所述DJ相二维钙钛矿前驱体溶液，接着在100℃退火10min，获得所述二维钙钛矿吸光层。
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WO2024021938A1 (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 青海黄河上游水电开发有限责任公司 基于MXene材料互联的两端式叠层太阳能电池及其制备方法

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