CN116995124B - 叠层太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种叠层太阳电池及其制备方法。该叠层太阳电池包括：衬底、第一光吸收层、缓冲层、第二光吸收层和保护层，第一光吸收层设置于衬底上，缓冲层、第二光吸收层和保护层依次层叠设置于第一光吸收层上，第一光吸收层包括钙钛矿材料，缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，第二光吸收层包括硫化亚锡材料，保护层的材料选自二维层状材料。

Description

叠层太阳电池及其制备方法
技术领域
本公开涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种叠层太阳电池及其制备方法。
背景技术
太阳电池是一种能够吸收太阳能并将其直接转化为电能的器件。传统技术中的晶硅太阳电池的光转换效率较低，仍然有待于提升。叠层太阳电池中包括多种吸收光谱范围不同的半导体材料，能够更为充分地利用太阳光并且也具有更高的光电转换效率，是一种颇有应用潜力的太阳电池。
在传统技术中，叠层太阳电池通常需要采用砷化镓或晶硅，这导致其材料成本或制备工艺成本偏高。硫化亚锡（SnS）是一种无毒且低成本的半导体材料，有望作为太阳电池中的光吸收材料。但是目前硫化亚锡的初始转换效率和使用寿命仍然较低，限制了其在太阳电池中的进一步应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高光转换效率及使用寿命的叠层太阳电池。
根据本公开的一些实施例，提供了叠层太阳电池，其包括：衬底、第一光吸收层、缓冲层、第二光吸收层和保护层，所述第一光吸收层设置于所述衬底上，所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层依次层叠设置于所述第一光吸收层上，所述第一光吸收层包括钙钛矿材料，所述缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，所述第二光吸收层包括硫化亚锡材料，所述保护层的材料选自二维层状材料。
在本公开的一些实施例中，所述n型掺杂的硫化亚锡材料为掺锡的硫化亚锡。
在本公开的一些实施例中，所述保护层包括黑磷烯。
在本公开的一些实施例中，所述第二光吸收层的厚度为1000nm~5000nm。
在本公开的一些实施例中，所述缓冲层的厚度为100nm~500nm。
在本公开的一些实施例中，保护层的厚度为1nm~10nm。
在本公开的一些实施例中，所述第一光吸收层的材料包括Cs2SnI6。
在本公开的一些实施例中，还包括空穴传输层以及电子传输层；所述空穴传输层层叠设置于所述衬底上，所述第一光吸收层层叠设置于所述空穴传输层远离所述衬底的一侧，所述电子传输层层叠设置于所述第一光吸收层远离所述空穴传输层的一侧，所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层依次层叠设置于所述电子传输层远离所述第一光吸收层的一侧。
在本公开的一些实施例中，还包括导电层，所述导电层层叠设置于所述电子传输层和所述缓冲层之间。
进一步地，根据本公开的又一些实施例，还提供了一种如上述任一实施例所述的叠层太阳电池的制备方法，其包括如下步骤：
在衬底上制备所述第一光吸收层；
在所述第一光吸收层上通过溅射的方式依次制备所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层。
在本公开的一些实施例中，制备所述缓冲层的步骤包括：将所述衬底置于溅射腔室中，在所述第一光吸收层上共溅射锡和硫化亚锡。
在本公开的一些实施例中，制备所述缓冲层的步骤还包括：对溅射的锡和硫化亚锡进行退火处理，以形成所述缓冲层。
在本公开的一些实施例中，在衬底上制备所述第一光吸收层的步骤包括：在所述衬底上制备前体材料层，所述前体材料层的材料包括CsSnI3，将所述前体材料层置于氧化性气体中静置，使所述前体材料层中的CsSnI3转化为Cs2SnI6，以形成所述第一光吸收层。
在本公开提供的叠层太阳电池中包括第一光吸收层和第二光吸收层，并且第二光吸收层层叠设置于缓冲层和保护层之间，第二光吸收层包括硫化亚锡材料，缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，保护层的材料选自二维层状材料。将第二光吸收层设置于n型掺杂的硫化亚锡上，能够在保证载流子导出性能的同时，借助于相似材料的缓冲层，以尽可能保证第二光吸收层自身的晶格完整性，提高叠层太阳电池的光转换效率。并且硫化亚锡和保护层均为层状结构，因此缓冲层、第二光吸收层和保护层具有相近的结构，将第二光吸收层设置于缓冲层和保护层之间还能够较好地保证叠层太阳电池的使用寿命。
附图说明
图1为本公开的一种叠层太阳电池的结构示意图；
其中，各附图标记及其含义如下：
100、衬底；110、第一光吸收层；120、空穴传输层；130、电子传输层；140、导电层；210、第二光吸收层；220、钝化层；230、保护层；310、第一电极；320、第二电极。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，本文所使用的“多”包括两个或两个以上的项目。
在本发明中，如果没有相反的说明，组合物中各组分的份数之和可以为100重量份。如果没有特别指出，本发明的百分数(包括重量百分数)的基准都是组合物的总重量，另，本文中的“wt%”表示质量百分数，“at%”表示原子百分数。
在本文中，除非另有说明，各个反应步骤可以按照文中顺序进行，也可以不按文中顺序进行。例如，各个反应步骤之间可以包含其他步骤，而且反应步骤之间也可以适当调换顺序。这是技术人员根据常规知识和经验可以确定的。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
本公开提供了一种太阳电池，该太阳电池包括：衬底、第一光吸收层、缓冲层、第二光吸收层和保护层，第一光吸收层设置于衬底上，缓冲层、第二光吸收层和保护层依次层叠设置于第一光吸收层上，第一光吸收层包括钙钛矿材料，缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，光吸收层包括硫化亚锡材料，保护层的材料选自二维层状材料。
可以理解，硫化亚锡是一种p型半导体。缓冲层中的n型掺杂的硫化亚锡材料可以是硫化亚锡掺杂有施主杂质后所形成的掺杂硫化亚锡。例如，可以在硫化亚锡中掺杂锡以使得其中的锡富余，从而形成n型掺杂的硫化亚锡。
在本公开提供的叠层太阳电池中包括第一光吸收层和第二光吸收层，并且第二光吸收层层叠设置于缓冲层和保护层之间，第二光吸收层包括硫化亚锡材料，缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，保护层的材料选自二维层状材料。将第二光吸收层设置于n型掺杂的硫化亚锡上，能够在保证载流子导出性能的同时，借助于相似材料的缓冲层，以尽可能保证第二光吸收层自身的晶格完整性，提高叠层太阳电池的光转换效率。并且硫化亚锡和保护层均为层状结构，因此缓冲层、第二光吸收层和保护层具有相近的结构，将第二光吸收层设置于缓冲层和保护层之间还能够较好地保证叠层太阳电池的使用寿命。
图1为本公开提供的一种叠层太阳电池的结构示意图。参照图1所示，一种叠层太阳电池，该叠层太阳电池包括衬底100、第一光吸收层110、缓冲层、第二光吸收层210和保护层230，第一光吸收层110设置于衬底100上，缓冲层、第二光吸收层210和保护层230依次层叠设置于第一光吸收层110上。其中，第一光吸收层110包括钙钛矿材料，缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，光吸收层包括硫化亚锡材料，保护层230的材料选自二维层状材料。
在该实施例的一些示例中，第一光吸收层110的厚度可以是100nm~500nm。例如，第一光吸收层110的厚度可以是100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，或者，第一光吸收层110的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。
进一步地，参照图1所示，在该实施例的一些示例中，该叠层太阳电池还可以包括空穴传输层120以及电子传输层130，空穴传输层120层叠设置于衬底100上，第一光吸收层110层叠设置于空穴传输层120远离衬底100的一侧，电子传输层130层叠设置于第一光吸收层110远离空穴传输层120的一侧，缓冲层、第二光吸收层210和保护层230依次层叠设置于电子传输层130远离第一光吸收层110的一侧。于第一光吸收层110的两侧分别设置空穴传输层120和电子传输层130有利于将第一光吸收层110中的空穴和电子分别从两侧导出，以便于进一步提高该叠层太阳电池的光转换效率。
在该实施例的一些示例中，空穴传输层120的材料可以选自石墨。
在该实施例的一些示例中，空穴传输层120的厚度可以是10μm~100μm。例如，空穴传输层120的厚度可以是10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、80μm或100μm，或者，空穴传输层120的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
在该实施例的一些示例中，电子传输层130的材料可以选自选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛和氧化钨中的一种或多种。在该实施例的一些示例中，电子传输层130的材料包括氧化锡。
在该实施例的一些示例中，电子传输层130的厚度可以是50nm~200nm。例如，电子传输层130的厚度可以是50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm或200nm，或者，电子传输层130的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
参照图1所示，在该实施例的一些示例中，该叠层太阳电池还可以包括第一电极310和第二电极320，第一电极310可以设置于衬底100上并位于空穴传输层120远离第一光吸收层110的一侧，第二电极320可以设置于保护层230远离第二光吸收层210的一侧。
第一电极310和第二电极320用于将该叠层太阳电池电连接至外电路。在该实施例的一些示例中，第一电极310的材料和第二电极320的材料均为导电材料。
在该实施例的一些示例中，第一电极310的材料可以包括石墨。进一步地，第一电极310还可以包括导电金属氧化物或金属材料。在该实施例中，第一电极310的材料还可以包括导电金属氧化物，例如氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，第二电极320的材料可以选自导电金属氧化物或金属材料。在该实施例中，第二电极320的材料可以是导电金属氧化物，例如氧化铟锡。
参照图1所示，在该实施例的一些示例中，该叠层太阳电池还可以包括导电层140，导电层140层叠设置于电子传输层130和缓冲层之间。通过将导电层140设置于电子传输层130和缓冲层之间，能够间隔电子传输层130和缓冲层，并且该导电层140可以作为缓冲层的制备基底，以尽可能提高缓冲层的质量。
在该实施例的一些示例中，导电层140的材料可以包括导电金属氧化物。在该实施例中，导电层140的材料可以包括氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，导电层140的厚度可以是50nm~200nm。例如，导电层140的厚度可以是50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm或200nm，或者，导电层140的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
在该实施例的一些示例中，n型掺杂的硫化亚锡材料为掺锡的硫化亚锡。通过选用掺锡的硫化亚锡材料作为缓冲层，锡与硫化亚锡可以采用共溅射的方式实现原位掺杂，这能够进一步降低该缓冲层的制备难度。并且，掺锡的硫化亚锡还具有较高的导电性能，从而能够进一步提高载流子的传输效率。
在该实施例的一些示例中，保护层230包括黑磷烯。黑磷烯是一种具有二维层状结构的材料，与硫化亚锡具有类似的结构，因而能够进一步增强位于中间的第二光吸收层210的结构稳定性。并且，黑磷烯还具有较高的导电性能，从而能够保证载流子的传输效率较高。
在该实施例的一些示例中，缓冲层的厚度可以比第二光吸收层210的厚度薄，以使得太阳光尽可能多地被第二光吸收层210能够吸收。
在该实施例的一些示例中，缓冲层的厚度可以是100nm~500nm。例如，缓冲层的厚度可以是100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，或者，缓冲层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。
在该实施例的一些示例中，第二光吸收层210的厚度可以是1000nm~5000nm。例如，第二光吸收层210的厚度可以是1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm、4000nm或5000nm，或者，第二光吸收层210的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。
在该实施例的一些示例中，保护层230的厚度可以是1nm~10nm。例如，保护层230的厚度可以是1nm、2nm、3nm、5nm、6nm、8nm或10nm，或者，保护层230的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。由于二维层状材料的阻挡性能较强，因此将保护层230设置地较薄有利于尽可能降低保护层230对载流子的影响。
传统技术中的钙钛矿材料中通常含有铅元素，但是含有铅元素的钙钛矿材料存在不稳定以及环境毒性的问题。当钙钛矿材料不慎泄露或暴露于环境中时极易发生氧化降解并对环境造成污染。这限制了钙钛矿太阳电池的稳定性。
为了尽可能降低钙钛矿材料对于环境的影响，在该实施例的一些示例中，第一光吸收层110的材料可以包括Cs2SnI6。该钙钛矿材料不含有铅元素，并且，该钙钛矿材料在空气中能够稳定存在，因而还能够使得该叠层太阳电池具有更高的稳定性。将该钙钛矿材料作为第一光吸收层110，并且搭配包括硫化亚锡的第二光吸收层210组成叠层太阳电池，能够使得该叠层太阳电池整体无污染且具有更高的稳定性，从而具有更为长久的使用寿命。另外，硫化亚锡也能够弥补该第一光吸收层110的效率较低的问题，能够使得该叠层太阳电池达到28%以上的光转换效率。
进一步地，本公开还提供了一种叠层太阳电池的制备方法，该叠层太阳电池的制备方法包括如下步骤S1~步骤S4，具体如下。
步骤S1，在衬底100上制备第一光吸收层110。
在该实施例的一些示例中，衬底100可以是柔性衬底100或硬质衬底100。柔性衬底100可以包括聚酰亚胺。硬质衬底100可以包括玻璃、石英、蓝宝石或陶瓷。
在该实施例的一些示例中，在衬底100上制备第一光吸收层110之前，还可以包括如下步骤：在衬底100上制备空穴传输层120。
在该实施例的一些示例中，空穴传输层120的材料可以选自石墨。石墨既可以作为电极材料，也能够起到空穴传输层120的作用。进一步地，可以通过涂布的方式将石墨制备于衬底100上。采用涂布的方式制备石墨，有助于降低石墨层表面的致密程度，在后续制备第一光吸收层110时便于第一光吸收层110的材料嵌入石墨中，从而提高第一光吸收层110的光转换效率。
在该实施例的一些示例中，空穴传输层120的厚度可以是10μm~100μm。例如，空穴传输层120的厚度可以是10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、80μm或100μm，或者，空穴传输层120的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
在该实施例的一些示例中，可以以制备的石墨作为至少部分第一电极310的材料。进一步地，在该实施例的一些示例中，第一电极310还可以包括导电金属氧化物或金属材料。在该实施例中，第一电极310的材料还可以包括导电金属氧化物，例如氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，第一光吸收层110的材料可以包括Cs2SnI6。该钙钛矿材料不含有铅元素，并且，该钙钛矿材料在空气中能够稳定存在，因而还能够使得该叠层太阳电池具有更高的稳定性。
在该实施例的一些示例中，在衬底100上制备第一光吸收层110的步骤包括：在衬底100上制备前体材料层，前体材料层的材料包括CsSnI3，将前体材料层置于氧化性气体中静置，使前体材料层中的CsSnI3转化为Cs2SnI6，以形成第一光吸收层110。
其中，在衬底100上制备前体材料层的方式可以是溅射。进一步地，前体材料层中的CsSnI3的晶相为B-β相。
在该实施例的一些示例中，在衬底100上制备前体材料层的步骤中，可以控制衬底100的温度为50℃~130℃。通过控制衬底100的温度为50℃~130℃，能够保证前体材料层在沉积过程中的晶相稳定，从而便于形成质量更好的第一光吸收层110。
在该实施例的一些示例中，溅射的前体材料层的厚度可以是100nm~500nm。例如，前体材料层的厚度可以是100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，或者，前体材料层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。
在该实施例的一些示例中，在将前体材料层置于氧化性气体中静置的步骤中，氧化性气体可以包括氧气。在该实施例中，氧化性气体可以是空气。可以理解，前体材料层中的锡元素在氧化性气体中能够被进一步氧化形成正四价的锡元素并获得Cs2SnI6。
在该实施例的一些示例中，在将前体材料层置于氧化性气体中静置的步骤中，静置的时间可以是1h~24h。例如，静置的时间可以是1h、2h、6h、12h、18h或24h，或者，静置的时间也可以在上述任意两时间之间的范围内。
在该实施例的一些示例中，在将前体材料层置于氧化性气体中静置的步骤中，可以控制前体材料层的温度为10℃~40℃。进一步地，可以控制前体材料层的温度为室温。
在该实施例的一些示例中，在制备第一光吸收层110之后，还包括在第一光吸收层110上制备电子传输层130的步骤。
在该实施例的一些示例中，电子传输层130的材料可以选自选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛和氧化钨中的一种或多种。进一步地，制备电子传输层130的方式可以是溅射。
在该实施例的一些示例中，电子传输层130的厚度可以是50nm~200nm。例如，电子传输层130的厚度可以是50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm或200nm，或者，电子传输层130的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
在该实施例的一些示例中，在制备电子传输层130之后，还包括在电子传输层130上制备导电层140的步骤。
在该实施例的一些示例中，导电层140的材料可以包括导电金属氧化物。在该实施例中，导电层140的材料可以包括氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，导电层140的厚度可以是50nm~200nm。例如，导电层140的厚度可以是50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm或200nm，或者，导电层140的厚度也可以在上述任意两厚度之间。
在该实施例的一些示例中，制备导电层140的方式可以是溅射。
步骤S2，在第一光吸收层110上制备缓冲层。
在该实施例的一些示例中，缓冲层制备于导电层140上。
在该实施例的一些示例中，缓冲层的材料包括n型掺杂的硫化亚锡材料。
在该实施例的一些示例中，缓冲层可以通过溅射的方式制备。例如，n型掺杂的硫化亚锡材料为掺锡的硫化亚锡。制备缓冲层的步骤包括：将衬底100置于溅射腔室中，在第一光吸收层110上共溅射锡和硫化亚锡。可以理解，溅射腔室中可以设置有锡靶材和硫化亚锡靶材，在溅射过程中可以同时轰击锡靶材和硫化亚锡靶材，从而使得锡和硫化亚锡共溅射于第一光吸收层110上。
通过选用掺锡的硫化亚锡材料作为缓冲层，锡与硫化亚锡可以采用共溅射的方式实现原位掺杂，这能够进一步降低该缓冲层的制备难度。并且，掺锡的硫化亚锡还具有较高的导电性能，从而能够进一步提高载流子的传输效率。
在该实施例的一些示例中，制备缓冲层的步骤还包括：对溅射的锡和硫化亚锡进行退火处理，以形成缓冲层。通过退火处理，能够使得锡原子在硫化亚锡中扩散并占据其中的部分晶格，以形成富锡的硫化亚锡，即为n型掺杂的硫化亚锡。
在该实施例的一些示例中，对溅射的锡和硫化亚锡进行退火处理的步骤可以包括：在溅射过程中控制衬底100的温度为200℃~500℃，并且在溅射锡和硫化亚锡之后使衬底100降温至室温以完成退火。在溅射过程中提高衬底100的温度能够使得溅射的锡和硫化亚锡实现原位扩散，能够提高退火质量，从而尽可能提高该缓冲层的晶格的完整性。
步骤S3，在缓冲层上制备第二光吸收层210。
在该实施例的一些示例中，第二光吸收层210包括硫化亚锡。进一步地，第二光吸收层210中的硫化亚锡是p型硫化亚锡。可以理解，硫化亚锡是一种p型半导体，因此该硫化亚锡可以是无掺杂的硫化亚锡。
在该实施例的一些示例中，在缓冲层上制备第二光吸收层210的方式可以是溅射。溅射所用的靶材可以是硫化亚锡靶材。
在该实施例的一些示例中，第二光吸收层210和缓冲层可以在同一个溅射腔室中制备。进一步地，第二光吸收层210与缓冲层可以采用相同的硫化亚锡靶材制备，以尽可能提高生产效率。可以理解，在制备第二光吸收层210时，只需要屏蔽或去除锡靶材即可。
在该实施例的一些示例中，第二光吸收层210的厚度为1000nm~5000nm。
步骤S4，在第二光吸收层210上制备保护层230。
在该实施例的一些示例中，保护层230的材料选自二维层状材料。进一步地，保护层230包括黑磷烯。黑磷烯是一种具有二维层状结构的材料，与硫化亚锡具有类似的结构，因而能够进一步增强位于中间的第二光吸收层210的结构稳定性。
在该实施例的一些示例中，制备保护层230的方式可以是溅射。进一步地，可以采用黑磷作为靶材，以在第二光吸收层210上溅射形成黑磷烯。
在该实施例的一些示例中，保护层230的厚度可以是1nm~10nm。例如，保护层230的厚度可以是1nm、2nm、3nm、5nm、6nm、8nm或10nm，或者，保护层230的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。
在该实施例的一些示例中，在制备保护层230之后，还可以包括如下步骤：在保护层230上制备第二电极320。
在该实施例的一些示例中，第二电极320的材料可以选自导电金属氧化物或金属材料。在该实施例中，第二电极320的材料可以是导电金属氧化物，例如氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，在保护层230上制备第二电极320的方式可以是溅射。
可以理解，通过步骤S1~步骤S4，能够制备得到本公开提供的叠层太阳电池。在该叠层太阳电池的制备过程中，可以预先于衬底上涂布空穴传输层，而后的各层均可以采用溅射的方式于同一个溅射腔室中进行制备，这能够使得该叠层太阳电池具有较高的生产效率。另外，该叠层太阳电池中的第一光吸收层和第二光吸收层的材料均较为稳定且较为环保。并且该叠层太阳电池能够较好地保证第二光吸收层的结构的完整性和稳定性，以及较高的效率。
为了便于说明本公开提供的叠层太阳电池的具体实现方式及优点，本公开还提供了如下的实施例和对比例。
实施例1
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上共溅射锡和硫化亚锡，溅射的锡和硫化亚锡的总厚度为350nm，对溅射的锡和硫化亚锡加热至400℃进行退火处理，形成n型的硫化亚锡作为缓冲层；
在缓冲层上溅射厚度为1500nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
采用黑磷作为靶材，在第二光吸收层上溅射厚度为2nm的黑磷烯作为保护层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
实施例2
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上共溅射锡和硫化亚锡，溅射的锡和硫化亚锡的总厚度为350nm，对溅射的锡和硫化亚锡加热至400℃进行退火处理，形成n型的硫化亚锡作为缓冲层；
在缓冲层上溅射厚度为600nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
采用黑磷作为靶材，在第二光吸收层上溅射厚度为2nm的黑磷烯作为保护层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
实施例3
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上共溅射锡和硫化亚锡，溅射的锡和硫化亚锡的总厚度为1000nm，对溅射的锡和硫化亚锡加热至400℃进行退火处理，形成n型的硫化亚锡作为缓冲层；
在缓冲层上溅射厚度为1500nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
采用黑磷作为靶材，在第二光吸收层上溅射厚度为2nm的黑磷烯作为保护层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
对比例1
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上溅射厚度为1850nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
对比例2
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上溅射厚度为1850nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
采用黑磷作为靶材，在第二光吸收层上溅射厚度为2nm的黑磷烯作为保护层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
对比例3
提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
在衬底上涂布厚度为25μm的石墨作为第一电极以及空穴传输层；
将衬底转移至溅射腔室中，控制衬底的温度为100℃，在空穴传输层上溅射一层300nm厚的CsSnI3作为前体材料层，将前体材料层置于空气中静置2h并降温至25℃，以形成Cs2SnI6作为第一光吸收层；
在第一光吸收层上溅射厚度为100nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射一层厚度为100nm的氧化铟锡作为导电层；
在导电层上共溅射锡和硫化亚锡，溅射的锡和硫化亚锡的总厚度为350nm，对溅射的锡和硫化亚锡加热至400℃进行退火处理，形成n型的硫化亚锡作为缓冲层；
在缓冲层上溅射厚度为1500nm的硫化亚锡作为第二光吸收层；
在保护层上溅射厚度为200nm的氧化铟锡作为第二电极。
试验：测试上述各实施例和对比例的叠层太阳电池的初始转换效率，以及测试各实施例和对比例的叠层太阳电池的转换效率下降至初始转换效率的90%时的工作时间，记为T90寿命，结果可见于表1。
表1
参照表1所示，相较于实施例1，实施例2中的第二光吸收层的厚度仅有600nm，明显低于实施例1，这导致实施例2的叠层太阳电池的初始转换效率相对较低。实施例3中的缓冲层的厚度为1000nm，明显高于实施例1，这导致实施例3的叠层太阳电池的初始转换效率也相对较低。
相较于实施例1，对比例1中既未设置n型的硫化亚锡作为缓冲层，也未设置黑磷烯作为保护层，这导致第二光吸收层的晶格及稳定性均较差，相应地对比例1的初始转换效率和T90寿命都明显低于实施例1。对比例2中仅设置了黑磷烯作为保护层，但叠层太阳电池的初始转换效率和T90寿命相较于对比例1并未出现明显提升，这说明单独的保护层并不能够有效改善该叠层太阳电池的性能。对比例3中仅设置了n型的硫化亚锡作为缓冲层，叠层太阳电池的初始转换效率提升有限，且其寿命也未出现明显提升，说明单独的缓冲层仍难以改善其使用寿命。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种叠层太阳电池，其特征在于，包括：衬底、第一光吸收层、缓冲层、第二光吸收层和保护层，所述第一光吸收层设置于所述衬底上，所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层依次层叠设置于所述第一光吸收层上，所述第一光吸收层包括钙钛矿材料，所述缓冲层包括n型掺杂的硫化亚锡材料，所述n型掺杂的硫化亚锡材料为掺锡的硫化亚锡，所述缓冲层的厚度为100nm~500nm，所述第二光吸收层包括硫化亚锡材料，所述保护层的材料选自二维层状材料，所述保护层包括黑磷烯。
2.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述第二光吸收层的厚度为1000nm~5000nm。
3.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，保护层的厚度为1nm~10nm。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述第一光吸收层的材料包括Cs2SnI6。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的叠层太阳电池，其特征在于，还包括空穴传输层以及电子传输层；所述空穴传输层层叠设置于所述衬底上，所述第一光吸收层层叠设置于所述空穴传输层远离所述衬底的一侧，所述电子传输层层叠设置于所述第一光吸收层远离所述空穴传输层的一侧，所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层依次层叠设置于所述电子传输层远离所述第一光吸收层的一侧。
6.根据权利要求5所述的叠层太阳电池，其特征在于，还包括导电层，所述导电层层叠设置于所述电子传输层和所述缓冲层之间。
7.一种如权利要求1~6任意一项所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在衬底上制备所述第一光吸收层；
在所述第一光吸收层上通过溅射的方式依次制备所述缓冲层、所述第二光吸收层和所述保护层。
8.根据权利要求7所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，制备所述缓冲层的步骤包括：将所述衬底置于溅射腔室中，在所述第一光吸收层上共溅射锡和硫化亚锡。
9.根据权利要求8所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，制备所述缓冲层的步骤还包括：对溅射的锡和硫化亚锡进行退火处理，以形成所述缓冲层。
10.根据权利要求7~9任意一项所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，在衬底上制备所述第一光吸收层的步骤包括：在所述衬底上制备前体材料层，所述前体材料层的材料包括CsSnI3，将所述前体材料层置于氧化性气体中静置，使所述前体材料层中的CsSnI3转化为Cs2SnI6，以形成所述第一光吸收层。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014013857A (ja) * 2012-07-05 2014-01-23 Toyota Central R&D Labs Inc 太陽電池の製造方法及び太陽電池
CN108461632A (zh) * 2017-02-21 2018-08-28 华邦电子股份有限公司 钙钛矿复合结构
KR20210136418A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 한양대학교 산학협력단 페로브스카이트/갈륨비소 탠덤형 태양 전지 및 이의 제조방법
CN113851547A (zh) * 2021-03-30 2021-12-28 文华学院 具有夹层SnS薄膜吸收层的叠层太阳能电池及其制备方法
CN116347908A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 深圳市汉嵙新材料技术有限公司 钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9362429B2 (en) * 2013-04-30 2016-06-07 Alliance For Sustainable Energy, Llc Photovoltaic semiconductor materials based on alloys of tin sulfide, and methods of production

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014013857A (ja) * 2012-07-05 2014-01-23 Toyota Central R&D Labs Inc 太陽電池の製造方法及び太陽電池
CN108461632A (zh) * 2017-02-21 2018-08-28 华邦电子股份有限公司 钙钛矿复合结构
KR20210136418A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 한양대학교 산학협력단 페로브스카이트/갈륨비소 탠덤형 태양 전지 및 이의 제조방법
CN113851547A (zh) * 2021-03-30 2021-12-28 文华学院 具有夹层SnS薄膜吸收层的叠层太阳能电池及其制备方法
CN116347908A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 深圳市汉嵙新材料技术有限公司 钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件

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