CN116669443A - 一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池及制作方法，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化电子传输层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的电子传输层还具有横向不导通性，减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
Description
技术领域
本发明主要涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种图形化电子传输层的晶硅钙钛矿叠层太阳能电池及制备方法。
背景技术
太阳能作为被重视的新型清洁能源之一，具有资源量大、成本低廉的优势。利用光伏电池将太阳能转化为电能，是目前最有效利用太阳能的方式之一。其中，单晶硅、多晶硅等太阳能电池已有比较成熟的产业化技术。而近年来，钙钛矿太阳能电池受到科学界和工业界的广泛关注，该电池具有带隙可调节、激子束缚力小、光电转换效率高等优势。
目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳电池常采用全覆盖的有机小分子半导体膜（如碳60）作为电子传输层。该层的厚度常为10-50nm左右，其对于300-800nm的光吸收率较高，导致该膜层透过率通常在85%以下，这造成了器件在吸光方面的损失。从另一方面讲，高效的晶硅/钙钛矿叠层太阳电池要求其电子传输层有着较好的纵向导通性而非横向导通性。全覆盖的电子传输层能够横向导通电子，这一特性会造成一定的非复合损失，从而降低器件的效率。
US20180019358A1公开了一种钙钛矿晶硅叠层电池，包括在叠层电池的顶部设置一图形化透明电极，来提升太阳光在器件的传输路径以增加其吸收率，从而提高器件的光电转换效率，然而，该透明电极暴露在器件的表面，容易受到外界环境对其的影响，从而影响器件的稳定性和光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有晶硅钙钛矿叠层太阳能电池中光电转换效率以及稳定性的问题，提出了一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池及制作方法，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化电子传输层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的电子传输层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，包括依次层叠的底电池及顶电池；所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、图形化电子传输层、第二透明电极层、第二金属电极层；其中，所述图形化电子传输层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为10~100um，所述柱体在所述图形化电子传输层中的空间占比为50%~80%。
优选地，所述图形化电子传输层为C60组成，采用多个直径为100um的柱体组成，所述柱体在所述图形化电子传输层中的空间占比为50%，每个所述柱体的厚度为20nm。
在一个实施例中，所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、N型基底掺杂层、隧穿层，所述隧穿层与所述空穴传输层接触。
在一个实施例中，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种；
在一个实施例中，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种；
在一个实施例中，所述空穴传输层为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](PTAA)、聚-3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的至少一种；
在一个实施例中，所述钙钛矿吸收层为ABX3结构，A为为有机阳离子，包括CH3NH3 +(MA+ )、NH2CH＝NH2 + (FA+)、CH3CH2NH3 +或Cs+中的至少一种；
B为是金属阳离子，包括Pb2+、Sn2+中的至少一种；
C为是卤素阴离子，包括F-、Cl-、Br-、I-中的至少一种；
所述钝化层为丙二胺碘、丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF) 中的至少一种；
在一个实施例中，所述顶电池还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述图形化电子传输层和所述第二透明电极层之间；
所述的缓冲层为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2) 中的至少一种；
在一个实施例中，所述顶电池还包括减反射层，所述减反射层设置在所述第二金属电极层的表面；
所述减反射层为氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氧化硅(SiO2)中的至少一种。
本发明实施例还提供一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，包括步骤：
提供一底电池，在所述底电池上依次制备空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、图形化电子传输层、第二透明电极层、第二金属电极层；
所述图形化电子传输层采用带有掩模的蒸镀法制备，具体包括：提供一掩模置于所述钝化层上，设置蒸镀真空度为5×10-5~5×10-4Pa，蒸镀温度为100~400°C，蒸发速率0.05~1 Å/S，将电子传输层材料蒸发到所述钝化层上，形成图形化电子传输层；
优选地，所述掩模具有多个阵列排布的通孔，孔径为10~100nm，孔占比为50~80%；
在一个实施例中，所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、N型基底掺杂层、隧穿层，所述隧穿层与所述空穴传输层接触；
所述底电池的制备包括：
提供一硅衬底，在硅衬底的一面依次制备基底钝化层和P型基底掺杂层，另一面依次制备基底表面钝化层和N型基底掺杂层；在所述P型基底掺杂层上依次制备第一透明电极层、第一金属电极层，在所述N型基底掺杂层的表面制备隧穿层，得到所述底电池。
本发明提供的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特点在于制备和使用一种图形化结构的有机小分子半导体膜层来作为器件的电子传输层，该图形化结构的好处是能够给电子传输层带来更高的光透过率，从而减少器件在吸光方面的损失。并且，该图形化结构能够降低电子传输层的横向导通性，从而减少器件非复合损失，提升器件光电性能。该图形化结构还能提升电子传输层与缓冲层之间的接触面积，增加缓冲层与电子传输层之间的附着力，增强结构稳定性。
本发明提供的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，通过掩模辅助的蒸镀法在叠层太阳能电池中形成具有图形化结构的电子传输层，所述掩模具有多个阵列排布的通孔，通过均匀控制通孔之间的排布及孔径来得到精细度更高的电子传输层；同时，通过该方法制备得到的电子传输层有多个柱体结构组成，所具有的比表面积更高，界面接触以及电性效果更好，可以提高电池器件的稳定性和光电传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例中一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的图形化电子传输层俯视截面示意图；
图3为本发明实施例中一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的图形化电子传输层截面示意图；
图4为本发明实施例中一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的电子传输层图形化工艺步骤图。
11、底电池；110、第一金属电极层；111、第一透明电极层；112、P型基底掺杂层；113、基底钝化层；114、硅衬底；115、基底表面钝化层；116、N型基底掺杂层；117、隧穿层；118、掩模； 21、顶电池；211、空穴传输层；212、钙钛矿吸收层；213、钝化层；214、图形化电子传输层；215、缓冲层；216、第二透明电极层；217、第二金属电极层；218、减反射层。
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。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1~3，本发明实施例提供一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，包括依次层叠的底电池11及顶电池21；所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层211、钙钛矿吸收层212、钝化层213、图形化电子传输层214、第二透明电极层216、第二金属电极层217；其中，所述图形化电子传输层214由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为10~100um，所述柱体在所述图形化电子传输层214中的空间占比为50%~80%。
在一个实施例中，所述图形化电子传输层214为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、[6 ,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、碳60(C60)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(BCP)中的至少一种，厚度为10~100nm；
优选地，所述图形化电子传输层214为C60组成，采用多个直径为100um的柱体组成，所述柱体在所述图形化电子传输层中的空间占比为50%，每个所述柱体的厚度为20nm。
在其他实施方式中，所述图形化电子传输层214还可以由多个阵列分布的锥体或者柱体-锥体交替排列组成；
为了进一步的提高光在电子传输层之间的接触吸收，所述图形化电子传输层214也可以采用多个不同高度的柱体或锥体；
由于锥体的光接触表面与光照射的方向具有一定的偏转，使得光在经过锥体表面的反射之后不会沿着入射路径返回，而是会传输到另一个柱体或者锥体的表面进行进一步的吸收，利用光与电子传输层的多次吸收来增加器件的光吸收，有效地提高了光电转换效率；同时，由于多个柱体或者锥体的比表面积更大，界面之间的接触效果更好，提高了器件的稳定性。
在一个实施例中，所述底电池11包括依次层叠的第一金属电极层110、第一透明电极层111、P型基底掺杂层112、基底钝化层113、硅衬底114、基底表面钝化层115、N型基底掺杂层116、隧穿层117，所述隧穿层117与所述空穴传输层211接触。
底电池11和顶电池21形成叠层结构，所述底电池11为一种晶硅电池，具体地，可以选择单晶硅、多晶硅或者非晶硅半导体形成的晶硅电池，在底电池11与顶电池21接触的界面处为隧穿层117，可以消除晶硅电池和钙钛矿电池直接串联所产生的电性不匹配和器件不稳定的问题。
在一个实施例中，所述第一金属电极层110和所述第二金属电极层217为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种；
在一个实施例中，所述第一透明电极层111和所述第二透明电极层216为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种；
在一个实施例中，所述空穴传输层211为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](PTAA)、聚-3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的至少一种；
在一个实施例中，所述钙钛矿吸收层212为ABX3结构，A为为有机阳离子，包括CH3NH3 +(MA+ )、NH2CH＝NH2 + (FA+)、CH3CH2NH3 +或Cs+中的至少一种；
B为是金属阳离子，包括Pb2+、Sn2+中的至少一种；
C为是卤素阴离子，包括F-、Cl-、Br-、I-中的至少一种；
所述钙钛矿吸收层212由钙钛矿前驱液制备得到，具体地，所述钙钛矿前驱液的溶解溶剂包括二甲基甲酰胺 (DMF)、G-丁内酯 (GBL)、二甲基亚砜 (DMSO)和N,N-二甲基乙酰胺 (DMA)中的至少一种，溶剂比例在0~3：10~7之间；
所述钝化层213为丙二胺碘、丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF) 中的至少一种；
优选的，所述钝化层213为丙二胺碘或氟化镁的至少一种组成，厚度为4nm；
在一个实施例中，所述顶电池21还包括缓冲层215，所述缓冲层215设置在所述图形化电子传输层214和所述第二透明电极层216之间；
所述的缓冲层215为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2) 中的至少一种；
在一个实施例中，所述顶电池21还包括减反射层218，所述减反射层218设置在所述第二金属电极层217的表面；
所述减反射层218为氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氧化硅(SiO2)中的至少一种；
所述空穴传输层211、钙钛矿吸收层212、缓冲层215、第二透明电极层216、第二金属电极层217、减反射层218的厚度为1-600 nm。
本发明提供的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特点在于制备和使用一种图形化结构的有机小分子半导体膜层来作为器件的电子传输层，该图形化结构的好处是能够给电子传输层带来更高的光透过率，从而减少器件在吸光方面的损失。并且，该图形化结构能够降低电子传输层的横向导通性，从而减少器件非复合损失，提升器件光电性能。该图形化结构还能提升电子传输层与缓冲层之间的接触面积，增加缓冲层与电子传输层之间的附着力，增强结构稳定性。
请参阅图1~4，本发明还提供一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：提供一硅衬底114，在硅衬底114的一面依次制备基底钝化层113和P型基底掺杂层112，另一面依次制备基底表面钝化层115和N型基底掺杂层116；
步骤二：在所述P型基底掺杂层112上依次制备第一透明电极层111、第一金属电极层110；
优选的，所述第一透明电极层111采用的磁控溅射法，将上述步骤制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在50~200W之间；
具体地，将上述步骤制备的基底样片置于磁控溅射设备中，设置ITO靶材，控制功率为60W，运行时间为1.5h，得到第一透明电极层111；
优选的，所述第一金属电极层110采用蒸镀法，将上述步骤制备的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5×10-5~2×10-4 Pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5 Å/S，得到第一金属电极层110；
步骤三：在所述N型基底掺杂层116的表面制备隧穿层117，所述隧穿层117采用磁控溅射法或湿化学法的至少一种制备；
所述第一金属电极层110、第一透明电极层111、P型基底掺杂层112、基底钝化层113、硅衬底114、表面钝化层115、N型基底掺杂层116及隧穿层117依次层叠组成底电池11；
步骤四：在所述隧穿层117上制备空穴传输层211, 所述空穴传输层211采用旋涂法或磁控溅射法的至少一种制备；
具体地，所述空穴传输层211采用的旋涂法，将空穴传输层分散液均匀涂覆在所述隧穿层117表面，旋涂转速为1000-5000rpm，旋涂时间为10-100s，旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为300-600℃，退火时间为10-50 min，得到空穴传输层211；
具体地，所述空穴传输层211采用的磁控溅射法，将上一步骤制备好的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率为30-90W，溅射得到所述空穴传输层211；
步骤五：在所述空穴传输层211的表面制备钙钛矿吸收层212，所述钙钛矿吸收层212采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法的至少一种制备；
具体地，所述钙钛矿吸收层212采用的旋涂法，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层211表面，然后使用反溶剂进行动态旋涂，旋涂转速为1200~6000rpm，旋涂时间为20~120s，反溶剂滴定时间为开始转速后的10~50s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为50~150℃，退火时间为5~40 min，具体地，所述反溶剂包括甲苯(Tol)、氯苯(CB)、乙酸乙酯(EA)中的至少一种；
优选的，所述钙钛矿吸收层212采用的闪蒸法，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层211表面，旋涂转速为1000~6000rpm，旋涂时间为20~120s；旋涂结束后，进行闪蒸操作，闪蒸时间为10~60s，闪蒸温度为0~100℃，闪蒸结束后，进行退火处理，退火温度为50~150℃，退火时间为5~40 min；
优选的，所述钙钛矿吸收层212采用的蒸镀法，将钙钛矿前驱粉末蒸发至上述空穴传输层211表面，蒸镀真空度在1×10 -4 ~3×10 -4 Pa之间，蒸镀温度为200~700℃；
步骤六：在所述钙钛矿吸收层212上制备钝化层213，所述钝化层213采用蒸镀法、旋涂法、喷涂法的至少一种制备；
具体地，所述钝化层213采用的蒸镀法，将丙二胺碘蒸发至所述钙钛矿吸收层212表面，蒸镀真空度为1~5×10-4 Pa，蒸镀温度在50~400℃，蒸发速率在0.05-1 Å/S，蒸发结束后，进行退火操作，退火温度为0-150℃，退火时间为0-30 min；
具体地，所述钝化层213采用的旋涂法，制备钝化层分散液并均匀涂覆在钙钛矿吸收层212表面，钝化层分散液为通过将丙二胺碘溶于包括但不限于有机溶剂甲醇、乙醇或异丙醇的溶液，进行超声溶解并旋涂，丙二胺碘浓度为0.1-6 mg/ml，超声时间为0-30 min，旋涂转速为1000-7000rpm，旋涂时间为20-120s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为40-160℃，退火时间为5-40 min；
具体地，所述钝化层213采用的喷涂法，将钝化层分散液喷涂在钙钛矿吸收层，喷涂速率为0-100 cm/s,喷涂结束后，进行退火操作，退火温度为20-170℃，退火时间为0-30min；
步骤七：在所述钝化层213的表面制备图形化电子传输层214，所述图形化电子传输层214，厚度为10~100nm；
请参阅图4，在一个实施例中，所述图形化电子传输层214采用带有掩模118的蒸镀法制备，具体包括：提供一掩模118置于上述步骤制备得到的基底样片上，设置蒸镀真空度为5×10-5~5×10-4Pa，蒸镀温度为100~400°C，蒸发速率0.05~1 Å/S，将电子传输层材料蒸发到所述钝化层113上，形成图形化电子传输层214；
优选地，所述掩模118具有多个阵列排布的通孔，孔径为10~100nm，孔占比为50~80%；
在一个实施例中，所述图形化电子传输层214可以采用多次蒸镀的方式形成，通过不同排布的掩模在所述钝化层213上形成柱体-锥体交错排列的图形化电子传输层214；
步骤八：在所述图形化电子传输层214的表面制备缓冲层215，所述缓冲层215采用旋涂法、原子层沉积法或蒸镀法的至少一种制备；
具体地，所述缓冲层215采用的原子层沉积法，将缓冲层材料利用原子层沉积设备沉积至所述图形化电子传输层214表面，沉积真空度为0~1×104 Pa,沉积管道温度在50~150℃之间，沉积腔室温度为40~150℃；
具体地，所述缓冲层215还可以采用蒸镀法，将缓冲层材料蒸发至上述图形化电子传输层214表面，蒸镀真空度为6×10-5~4×10-4 Pa，蒸镀温度在100~500℃，蒸发速率在0.05~1 Å/S；
步骤九：在所述缓冲层215的表面制备第二透明电极层216，所述第二透明电极层216采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备；
具体地，所述第二透明电极层216采用的磁控溅射法，将透明电极材料溅射至上述缓冲层215表面，控制功率为30~200W；
具体地，所述第二透明电极层216采用的蒸镀法，将透明电极材料蒸发至上述缓冲层215表面，蒸镀真空度为1×10-5~5×10-4 Pa，蒸镀温度在1000~2000℃，蒸发速率在0.05~3 Å/S；
在其他实施方式中，所述第二透明电极层216也可以直接形成在所述图形化电子传输层214上，无需步骤八；
步骤十：在所述第二透明电极层216的表面制备第二金属电极层217，所述第二金属电极层217采用蒸镀法或丝网印刷法的至少一种制备；
具体地，所述第二金属电极层217采用蒸镀法，将上述步骤制备完成的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5×10-5~2×10-4 Pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5 Å/S，得到所述第二金属电极层217；
所述第二金属电极217也可以采用丝网印刷法，在上述步骤制备完成的基底样片上制备金属栅线，得到第二金属电极层217；
步骤十一：在所述第二金属电极层217的表面制备减反射层218，所述减反射层218采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，得到一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池；
具体地，所述减反射层218采用的磁控溅射法，将减反射材料溅射至上述第二金属电极层217的表面，控制功率为30~200W；
具体地，所述减反射层218采用的蒸镀法，将减反射材料蒸发至上述第二金属电极层217的表面，蒸镀真空度为5×10-5~5×10-4 Pa，蒸镀温度在1000~2000℃，蒸发速率在0~5Å /S。
在其他实施方式中，也可以无需步骤十一。
本发明提供的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，通过掩模辅助的蒸镀法在叠层太阳能电池中形成具有图形化结构的电子传输层，所述掩模具有多个阵列排布的通孔，通过均匀控制通孔之间的排布及孔径来得到精细度更高的电子传输层；同时，通过该方法制备得到的电子传输层有多个柱体结构组成，所具有的比表面积更高，界面接触以及电性效果更好，可以提高电池器件的稳定性和光电传输效率。
下面提供具体的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。
实施例1
本发明提供的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，包括步骤：
步骤一：提供一硅衬底114，在硅衬底114的一面依次制备基底钝化层113和P型基底掺杂层112，另一面依次制备基底表面钝化层115和N型基底掺杂层116；
步骤二：在所述P型基底掺杂层112上依次制备第一透明电极层111、第一金属电极层110；
所述第一透明电极层111采用的磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在60W，设置ITO靶材，运行时间为1.5h，制备得到所述第一透明电极层111，厚度为100nm；
所述第一金属电极层110采用的蒸镀法，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在2.5 Å/S，将银蒸镀至层膜上，厚度为200nm；
步骤三：在所述N型基底掺杂层的表面制备隧穿层117，所述隧穿层117采用磁控溅射法制备，将上述制备得到的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在80W，制备一40nm厚的氧化铟锡薄膜；
步骤四：在所述隧穿层117上制备空穴传输层211, 将基底样片采用UV-Ozone处理15 min，利用旋涂法，配备空穴传输层分散液，称取0.05 mol NiOx粉末溶解于1 ml超纯水中，超声震荡20 min；将空穴传输层分散液均匀涂覆基底样片表面，设置旋涂转速为2000rpm，旋涂时间为40s，溶液量为100ul；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为450℃，退火时间为30 min,得到所述空穴传输层211，厚度为20 nm；
步骤五：在所述空穴传输层211的表面制备钙钛矿吸收层212，利用闪蒸法，配备钙钛矿前驱液，称量等比钙钛矿原料粉末溶解于 1 ml DMF和DMSO溶剂中，溶剂比例为8：2，磁力搅拌30 min，随后将样片置于旋涂仪基台上，设置旋涂转速为3500rpm，旋涂时间为30s，钙钛矿前驱液溶液量为120ul涂覆样片表面，旋涂结束后，将样片放置于闪蒸台上，设置闪蒸时间为30s，闪蒸温度为30℃,闪蒸结束后进行退火处理，设置退火温度为100℃，退火时间为15 min，得到钙钛矿吸收层212，厚度为500nm；
步骤六：在所述钙钛矿吸收层212上制备钝化层213，所述钝化层213采用利用蒸镀法，称取3 mg丙二胺碘放置于坩埚中，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在0.1Å/S，将丙二胺碘蒸镀至层膜上，厚度为4 nm，结束后设置退火台温度为100℃，进行8min退火操作；
步骤七：在所述钝化层213的表面制备电子传输层214，所述图形化电子传输层214采用带有掩模118的蒸镀法制备，具体包括：提供一掩模118置于上述步骤制备得到的基底样片上，设置蒸镀真空度为1×10-4Pa，蒸镀温度为150°C，蒸发速率0.5 Å/S，将电子传输层材料蒸发到所述钝化层213上，形成图形化电子传输层214；
在本实施例中，所述掩模118具有多个阵列排布的通孔，孔径为100nm，孔占比为50%；
步骤八：在所述图形化电子传输层214的表面制备缓冲层215，所述缓冲层215利用原子层沉积法，设置原子层沉积设备真空度为0.5×104 Pa,沉积管道温度在60℃之间，沉积腔室温度为70℃,将SnO2蒸镀至所述图形化电子传输层214上，厚度为15 nm；
步骤九：在所述缓冲层215的表面制备第二透明电极层216，所述第二透明电极层216采用的磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在60W，设置IZO靶材，运行时间为1.5h，制备得到所述第二透明电极层216，厚度为100nm；
步骤十：在所述第二透明电极层216的表面制备第二金属电极层217，所述第二金属电极层217采用的蒸镀法，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸发温度为1000度，控制蒸发速率在2.5 Å/S，将银蒸镀至所述第二透明电极层216上，厚度为100nm；
步骤十一：在所述第二金属电极层217的表面制备减反射层218，所述减反射层218采用蒸镀法，将基底样片放置于掩模板上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为1×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸发温度为1300度，控制蒸发速率在2Å/S，将氟化镁蒸镀至所述第二金属电极层217上，厚度为100nm，得到一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池。
对比例1
该对比例提供一种全覆盖电子传输层的叠层太阳能电池及制备方法，与上述实施例相比的不同在于：
步骤七：在所述钝化层213的表面制备全覆盖电子传输层，所述全覆盖电子传输层采用蒸镀法制备，设置蒸镀真空度为1×10-4Pa，蒸镀温度为150°C，蒸发速率0.5 Å/S，将电子传输层材料蒸发到所述钝化层213上，形成全覆盖电子传输层，后续步骤与实施例1一致，最终得到一种全覆盖电子传输层的叠层太阳能电池。
利用太阳光模拟器，进行一个标准太阳光强校准，并对面积为1.0 cm2的以上实施例及对比例得到器件进行IV测试，设置起始电压为1.95V，截止电压为0V，量程为100 mA，结果保留两位小数，其测试结果如下表所示：
| 器件 | 隧穿层透过率（%） | 横向导通方阻（Ω/□） | 开路电压（V） | 短路电流密度 （mA/cm2） | 光电转化效率（%） |
| 实施例1 | 95.4 | ∞ | 1.99 | 20.8 | 31.2 |
| 对比例1 | 82.2 | 1800 | 1.94 | 19.5 | 29.1 |
本发明采用图形化电子传输层工艺，其图形化结构能够增高电子传输层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高器件光电转换效率。相较于全覆盖电子传输层的器件结构，有图形化电子传输层的器件的吸光表现更优，其中间电子传输层的透光率从82.2%提升至了95.4%。这使得器件的短路电流密度提升了1.3mA/cm2。另外，该图形化电子传输层横向不可导通，相较于全覆盖的电子传输层，减少了一定的器件非复合损失，这使得器件的开路电压有了0.05V的提升。具有图形化电子传输层的叠层电池，光电转化效率表现更优，其效率相较于全覆盖电子传输层的电池，提升了2.1个百分点。最后，图形化电子传输层和缓冲层之间具有更大的接触面积，其增加了这两个膜层之间的附着力，因而增加了结构强度。有图形化电子传输层的叠层电池，稳定性表现也更优，其效率相较于全覆盖电子传输层的电池，衰减率下降了0.7个百分点。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，这些对本发明权利要求进行等同替换后的技术方案，均落于本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的底电池及顶电池；
所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、图形化电子传输层、第二透明电极层、第二金属电极层；
所述图形化电子传输层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为10~100um，所述柱体在所述图形化电子传输层中的空间占比为50%~80%。
2.根据权利要求1所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化电子传输层为C60组成，采用多个直径为100um的柱体组成，所述柱体在所述图形化电子传输层中的空间占比为50%，每个所述柱体的厚度为20nm。
3.根据权利要求1所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化电子传输层由多个阵列分布的锥体或者柱体-锥体交替排列组成。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、P型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、N型基底掺杂层、隧穿层，所述隧穿层与所述空穴传输层接触。
5.根据权利要求4所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述顶电池还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述图形化电子传输层和所述第二透明电极层之间。
8.根据权利要求1所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述顶电池还包括减反射层，所述减反射层设置在所述第二金属电极层的表面。
9.一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，包括步骤：
提供一底电池，在所述底电池上依次制备空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、图形化电子传输层、第二透明电极层、第二金属电极层。
10.根据权利要求9所述的一种图形化电子传输层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述图形化电子传输层采用带有掩模的蒸镀法制备，具体包括：提供一掩模置于所述钝化层上，设置蒸镀真空度为5×10-5~5×10-4Pa，蒸镀温度为100~400°C，蒸发速率0.05~1 Å/S，将电子传输层材料蒸发到所述钝化层上，形成图形化电子传输层。
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