CN115312623A - 一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，涉及钙钛矿太阳能电池的技术领域，上述方法包括以下步骤：在P型硅片表面制绒，控制晶硅绒面高度为400nm‑1000nm；制备PN结，在P型硅片的晶硅绒面上形成N型层；在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，复合层薄膜高于晶硅绒面最高点20nm‑50nm，以令复合层薄膜上表面为平面；在复合层薄膜的上方依次制备空穴传输层和钙钛矿吸光层；或者在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，以令绒面高度缩减到200nm‑300nm，在复合层薄膜上方依次制备厚度为20nm‑30nm的空穴传输层和厚度为400nm‑500nm的钙钛矿吸光层，以令钙钛矿吸光层的上表面为平面。上述方法制备的电池既能够保证电池的电性能，也能够保证工艺的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池的技术领域，尤其是涉及一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法。
背景技术
目前，集成一体化法是常见的叠层太阳能电池制备方式，该方法为先制备出一个完整硅太阳能电池，再在硅太阳能电池上生长钙钛矿电池，使用中间层连接两个子电池，从顶层太阳能电池引出一个电极，同时从底电池引出一个电极，构成两个终端结构的叠层电池，中间层一般为隧道层或复合层，该隧道层或复合层通常为一种很薄的金属或透明电极。
如果将晶硅电池抛光成平面有利于钙钛矿太阳能电池的制备，但抛光不仅增加电池的制备成本，同时也不益于电性能的提升。晶硅电池需要制绒形成金字塔绒面才能有更好的陷光效果，增加光量子效率。但是，晶硅制绒工艺的绒面能够达到数微米，而钙钛矿电池厚度较薄，达到数百纳米，利用溶液法制备的顶层电池材料基本会掉进金字塔底部，而金子塔顶端较薄，轻则导致少子复合巨大，重则令钙钛矿顶电极和晶硅底部直接接触，导致顶电池短路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，以缓解现有技术中存在的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的电性能和工艺稳定性无法兼顾的技术问题。
本发明提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)在P型硅片表面制绒，控制晶硅绒面高度为400nm-1000nm；
2)制备PN结，在P型硅片的晶硅绒面上形成N型层；
3)在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，复合层薄膜高于晶硅绒面最高点20nm-50nm，以令复合层薄膜上表面为平面；在复合层薄膜的上方依次制备空穴传输层和钙钛矿吸光层；或者
在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，以令绒面高度缩减到200nm-300nm，在复合层薄膜上方依次制备厚度为20nm-30nm的空穴传输层和厚度为400nm-500nm的钙钛矿吸光层，以令钙钛矿吸光层的上表面为平面。
进一步的，在步骤2)和步骤3)之间还包括以下步骤：
在P型硅片下表面制备钝化层；其中，钝化层上设置有开槽，令P型硅片在开槽处裸露，以形成背接触；
在钝化层下方印刷背电极和背电场，烧结后形成底电池。
进一步的，在步骤3)之后还包括以下步骤：
在钙钛矿吸光层的上表面依次叠加制备电子传输层、缓冲层、透明电极以及窗口电极。
进一步的，复合层薄膜的材质为AZO或者IZO。
进一步的，在步骤1)之前还包括以下步骤：
将切割好的200-220um厚的P型硅片采用氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液初步浸泡，腐蚀去掉约10-20um，除去机械切割表面损伤层，腐蚀后进行化学清洗。
进一步的，在P型硅片表面制绒的过程中，采用浓度为0.5-2％Wt的氢氧化钠或氢氧化钾稀溶液、ALKA-TEX、以及辅助溶液硅酸钾制备硅绒面。腐蚀温度为70-85℃，腐蚀时间为5-30min，通过溶液浓度与腐蚀时间，控制绒面高度为400nm-1000nm。
进一步的，在步骤3)中，复合层薄膜采用磁控溅射法或者真空蒸镀法制备，空穴传输层采用气相沉积法或者磁控溅射法制备。
进一步的，在步骤2)中，在850-900℃高温下使用氮气将三氯氧磷带入扩散炉内，使三氯氧磷与P型硅片反应，得到磷原子，经过一段时间，磷原子进入P型硅片表面层，形成N型层。
进一步的，在步骤2)之后还包括以下步骤：
将P型硅片放入氢氟酸中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性络合物六氟硅酸。
进一步的，在将P型硅片放入氢氟酸中浸泡的步骤后还包括：
去除电池边缘的PN结的步骤。
本发明提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，首先将P型硅片表面的晶硅绒面高度控制在400nm-1000nm，然后在绒面上方形成N型层；接着在N型层上制备透明导电的复合层薄膜；其中，制备复合层薄膜可分为两种方式：其一，将复合层薄膜制备高出晶硅绒面最高点20nm-50nm，使得复合层薄膜完全覆盖绒面，即起到陷光作用又有益于钙钛矿均匀成膜，然后在其上方依次制备空穴传输层和钙钛矿吸光层，此时钙钛矿吸光层不会陷入金字塔绒面底部，因此既能够保证电池的电性能，也能够保证工艺的稳定性。其二，制备透明导电的复合层薄膜，以令绒面高度缩减到200nm-300nm，形成具有较小绒面的复合层薄膜，即形成减缓绒面，然后在其上方制备厚度为20nm-30nm的空穴传输层，进一步缩减绒面的高度，最后在空穴传输层上制备厚度为400nm-500nm的钙钛矿吸光层，此时，钙钛矿吸光层的厚度能够完全覆盖较小的空穴传输层绒面，在增加钙钛矿吸光面积的同时能够制备出均一的钙钛矿薄膜，提升电性能并且保证工艺的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的结构示意图。
图标：1-背电极；2-背电场；3-钝化层；4-P型硅片；5-晶硅绒面；6-N型层；7-复合层薄膜；8-空穴传输层；9-钙钛矿吸光层；10-电子传输层；11-缓冲层；12-透明电极；13-窗口电极。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一提供的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的结构示意图；如图1所示，本发明实施例一提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
将切割好的200-220um厚的P型硅片4采用氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液初步浸泡，腐蚀去掉约10-20um，除去机械切割表面损伤层，腐蚀后进行化学清洗。
P型硅片4表面制绒，采用浓度为0.5-2％Wt的氢氧化钠或氢氧化钾稀溶液、ALKA-TEX、以及辅助溶液硅酸钾制备晶硅绒面5。腐蚀温度为70-85℃，腐蚀时间为5-30min，通过溶液浓度与腐蚀时间，控制晶硅绒面5高度为400nm-1000nm。通过添加辅助溶液硅酸钾，能够起到缩小晶硅绒面5高度的作用。晶硅绒面5高度控制在400nm-1000nm时可以降低光反射率。
将刻蚀好的P型硅片4采用管式炉扩散制备PN结，在850-900℃高温下使用氮气将三氯氧磷带入扩散炉内，使三氯氧磷与硅片反应，得到磷原子，经过一段时间，磷原子进入硅片表面层，形成N型层6。
在扩散过程中三氯氧磷与五氧化二磷沉积在P型硅片4表面。五氧化二磷与硅反应生产二氧化硅和磷原子。在表面形成一层磷硅玻璃。将P型硅片4放入氢氟酸中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性络合物六氟硅酸，目的是去除扩散制结后硅片表面形成的一层磷硅玻璃。
采用等离子或湿法刻蚀法，去除电池边缘的PN结，以防止电池短路。
制备背面钝化层3，采用PECVD法(等离子体增强化学的气相沉积法)在300-900℃在P型硅片4基体下表面沉积Al2O3或氮化硅材料形成钝化层3，激光开槽去掉部分钝化层3，使部分P型硅片4裸露，以形成背接触。
印刷背电极1和背电场2，在钝化层3上采用背银和背铝浆料丝网印刷背电极1和背电场2，烧结后形成底电池。
制备透明导电的复合层薄膜7，复合层薄膜7材质选用低成本的AZO或者IZO，采用磁控溅射法或者真空蒸镀法制备复合层薄膜7，使复合层薄膜7有效填充进绒面结构内。使晶硅电池片成为平面，复合层薄膜7高于绒面最高点20nm-50nm。
在复合层薄膜7上采用气相沉积法或者磁控溅射法制备空穴传输层8。空穴传输层8材料可以包括Spiro-oMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA或者NiOx的，优选的为低成本NiOx材料。、
在空穴传输层8上采用狭缝涂布、喷涂法或者旋涂法制备钙钛矿吸光层9，钙钛矿吸光层9可以包括CH3NH3PbI3、FAPbI3、CsPbBr3或者CH3NH3PbI2Br，优选的为禁带宽度1.77eV的CH3NH3PbI2Br。钙钛矿吸光层9厚度为400-500nm。
在钙钛矿吸光层9上制备电子传输层10，电子传输层10可以包括ZnO、SnO2或者C60等。优选的为SnO2。电子传输层10厚度为30-100nm
在电子传输层10上制备缓冲层11，缓冲层11可以包括PFN、PEIE或者BCP等，优选的为BCP。
制备IT0透明电极12，膜层厚度为30-60nm。
采用丝网印刷法制备银窗口电极13。
本实施例提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，将P型硅片4表面的晶硅绒面5高度控制在400nm-1000nm为前提，将复合层薄膜7制备高出晶硅绒面5最高点20nm-50nm，使得复合层薄膜7完全覆盖绒面，即起到陷光作用又有益于钙钛矿均匀成膜，然后在其上方依次制备空穴传输层8和钙钛矿吸光层9，此时钙钛矿吸光层9不会陷入金字塔绒面底部，因此既能够保证电池的电性能，也能够保证工艺的稳定性。
图2为本发明实施例二提供的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的结构示意图，如图2所示，本发明实施例二提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，在N型层6上表面制备透明导电的复合层薄膜7时，采用磁控溅射法或者真空蒸镀法制备减少绒面高度梯度的复合层薄膜7。使绒面高度缩减到200-300nm，形成具有较小绒面的复合层薄膜7。然后采用气相沉积法或者磁控溅射法制备保型的空穴传输层8，空穴传输层8厚度为20-50nm。再采用刮涂法制备钙钛矿吸光层9，使钙钛矿溶液填充进空穴传输层8绒面中，钙钛矿膜层厚度高于空穴传输层8绒面高度，形成平面钙钛矿薄膜，钙钛矿吸光层9薄膜厚度为400-500nm。其他膜层制备方法同实施例一。
本实施例提供的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，将P型硅片4表面的晶硅绒面5高度控制在400nm-1000nm为前提，制备透明导电的复合层薄膜7，以令绒面高度缩减到200nm-300nm，形成具有较小绒面的复合层薄膜7，即形成减缓绒面，然后在其上方制备厚度为20nm-30nm的空穴传输层8，进一步缩减绒面的高度，最后在空穴传输层8上制备厚度为400nm-500nm的钙钛矿吸光层9，此时，钙钛矿吸光层9的厚度能够完全覆盖较小的空穴传输层8绒面，在增加钙钛矿吸光面积的同时能够制备出均一的钙钛矿薄膜，提升电性能并且保证工艺的稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在P型硅片表面制绒，控制晶硅绒面高度为400nm-1000nm；
2)制备PN结，在所述P型硅片的晶硅绒面上形成N型层；
3)在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，所述复合层薄膜高于晶硅绒面最高点20nm-50nm，以令所述复合层薄膜上表面为平面；在所述复合层薄膜的上方依次制备空穴传输层和钙钛矿吸光层；或者
在N型层上表面制备透明导电的复合层薄膜，以令绒面高度缩减到200nm-300nm，在所述复合层薄膜上方依次制备厚度为20nm-30nm的空穴传输层和厚度为400nm-500nm的钙钛矿吸光层，以令所述钙钛矿吸光层的上表面为平面。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)之间还包括以下步骤：
在P型硅片下表面制备钝化层；其中，所述钝化层上设置有开槽，令P型硅片在所述开槽处裸露，以形成背接触；
在所述钝化层下方印刷背电极和背电场，烧结后形成底电池。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤3)之后还包括以下步骤：
在所述钙钛矿吸光层的上表面依次叠加制备电子传输层、缓冲层、透明电极以及窗口电极。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述复合层薄膜的材质为AZO或者IZO。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤1)之前还包括以下步骤：
将切割好的200-220um厚的P型硅片采用氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液初步浸泡，腐蚀去掉约10-20um，除去机械切割表面损伤层，腐蚀后进行化学清洗。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在P型硅片表面制绒的过程中，采用浓度为0.5-2％Wt的氢氧化钠或氢氧化钾稀溶液、ALKA-TEX、以及辅助溶液硅酸钾制备硅绒面。腐蚀温度为70-85℃，腐蚀时间为5-30min，通过溶液浓度与腐蚀时间，控制绒面高度为400nm-1000nm。
7.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述复合层薄膜采用磁控溅射法或者真空蒸镀法制备，所述空穴传输层采用气相沉积法或者磁控溅射法制备。
8.根据权利要求1所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，在850-900℃高温下使用氮气将三氯氧磷带入扩散炉内，使三氯氧磷与所述P型硅片反应，得到磷原子，经过一段时间，磷原子进入所述P型硅片表面层，形成所述N型层。
9.根据权利要求8所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤2)之后还包括以下步骤：
将所述P型硅片放入氢氟酸中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性络合物六氟硅酸。
10.根据权利要求9所述的一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，在将所述P型硅片放入氢氟酸中浸泡的步骤后还包括：
去除电池边缘的PN结的步骤。
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