CN117529197A - 一种钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池,包括晶硅电池和钙钛矿电池,钙钛矿电池包括空穴传输层、钙钛矿吸收层、钙钛矿钝化层、电子传输层、缓冲层、钙钛矿电极层和减反射层。通过将钙钛矿钝化层由钝化材料和电子传输材料共同蒸镀得到,一方面,在保证钝化效果的同时,可大大提升钙钛矿钝化层的导电性,拓宽钙钛矿钝化层的膜厚区间;另一方面,通过共蒸方式,制备得到的钙钛矿钝化层中掺杂有碳60分子,使得钙钛矿钝化层与碳60电子传输层的接触面积增大,增加了碳60电子传输层在钙钛矿钝化层上的附着力,有效避免了太阳能电池在长时间运转中,存在膜层剥离的缺陷,有助于提高太阳能电池的性能稳定性。
Description
技术领域
本申请属于电池技术领域,更具体地说,是涉及一种钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池。
背景技术
近年来,晶硅/钙钛矿叠层技术已成为光伏技术领域的研究热点之一,备受广泛关注。晶硅/钙钛矿叠层技术是将钙钛矿材料和晶硅材料堆叠在一起,形成一个异质结,利用钙钛矿材料的宽带隙、高吸收系数和高载流子迁移速率,以及晶硅材料的稳定性和良好的电子传输性能,以提高太阳能电池的光电转换效率。然而,在晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池中,钙钛矿吸收层容易产生表面或界面缺陷,引起大量的非辐射复合,从而导致电池器件的光电和稳定性能下降。在叠层太阳能电池所需要的特定宽带隙钙钛矿吸收层里,其特有的光致相分离现象也会促使薄膜产生更多的缺陷,从而影响效率和稳定性。
为解决上述缺陷,目前的晶硅/钙钛矿叠层太阳能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,碳60电子传输层内部和其与钙钛矿吸收层之间的界面上具有大量缺陷,这些缺陷易造成晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池性能不高和不稳定的问题。
为了解决该问题,进一步提高晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的性能和稳定性,通常在钙钛矿吸收层与碳60电子传输层之间制备钙钛矿钝化层。常用的钙钛矿钝化层有氟化镁、氟化锂、有机铵盐等材料,这些材料本征的导电性能都较差。在该种钝化方案中,若钙钛矿钝化层的有效膜厚窗口极为狭窄,在1-3nm之间,该种厚度的钙钛矿钝化层在大规模制备中也极难控制。若钙钛矿钝化层的膜厚太薄,则钙钛矿钝化层无法完全覆盖粗糙界面,钝化效果弱;若钙钛矿钝化层的膜厚大于3nm,则因其导电性差,会增大电池器件的串联电阻,影响太阳能电池的性能。而且,钙钛矿钝化层对于碳60电子传输层的接触面积有限,碳60电子传输层在钙钛矿钝化层上的附着力较弱。电池器件在长时间运转中,存在膜层剥离而降低电池器件的性能的风险。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池,以解决相关技术中存在的:钙钛矿钝化层的导电性差,且钙钛矿钝化层与碳60电子传输层之间的接触面积小的问题。
为实现上述目的,本申请实施例采用的技术方案是:
一方面,提供一种钙钛矿钝化层的制备方法,包括:
晶硅电池;
钙钛矿电池,所述钙钛矿电池包括设于所述晶硅电池的表面的空穴传输层、设于所述空穴传输层的表面的钙钛矿吸收层、设于所述钙钛矿吸收层的表面的钙钛矿钝化层、设于所述钙钛矿钝化层的表面的电子传输层、设于所述电子传输层的表面的缓冲层、设于所述缓冲层的表面的钙钛矿电极层和设于所述钙钛矿电极层的表面的减反射层;
其中,所述晶硅电池、所述空穴传输层和所述钙钛矿吸收层组合形成钙钛矿基底,采用蒸镀法在所述钙钛矿基底的表面共蒸钝化材料和电子传输材料,以制备得到所述钙钛矿钝化层;所述钝化材料为氟化镁、氟化锂和有机铵盐材料中的一种,所述电子传输材料为碳60。
在一个实施例中,所述钝化材料的蒸镀速率范围为0-10A/s,所述电子传输材料的蒸镀速率范围为0-10 A/s。
在一个实施例中,所述钝化材料的蒸镀速率与所述电子传输材料的蒸镀速率之比为1-10:10-1。
在一个实施例中,蒸发总时间控制在1-10000s,所述钙钛矿钝化层的厚度范围为1-100nm。
在一个实施例中,所述钙钛矿电极层包括设于所述缓冲层的表面的钙钛矿透明电极层和设于所述钙钛矿透明电极层的表面的钙钛矿金属电极层;所述减反射层设于所述钙钛矿金属电极层的表面。
在一个实施例中,所述晶硅电池包括晶硅电极层、设于所述晶硅电极层的表面的P型基底掺杂层、设于所述P型基底掺杂层的表面的基底底面钝化层、设于所述基底底面钝化层的表面的硅衬底、设于所述硅衬底的表面的基底表面钝化层、设于所述基底表面钝化层的表面的N型基底掺杂层和设于所述N型基底掺杂层的表面的隧穿层;所述空穴传输层设于所述隧穿层的表面。
在一个实施例中,所述晶硅电极层包括晶硅金属电极层和设于所述晶硅金属电极层的表面的晶硅透明电极层;所述P型基底掺杂层设于所述晶硅透明电极层的表面。
在一个实施例中,所述钙钛矿透明电极层和所述晶硅透明电极层采用磁控溅射法或蒸镀法制备;所述钙钛矿金属电极层和所述晶硅金属电极层采用蒸镀法制备。
在一个实施例中,所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法制备。
另一方面,提供一种太阳能电池,采用上述任一实施例提供的钙钛矿钝化层的制备方法制备得到。
本申请实施例提供的钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池至少具有以下有益效果:本申请通过将钙钛矿钝化层由钝化材料和电子传输材料共同蒸镀得到,一方面,在保证钝化效果的同时,可大大提升钙钛矿钝化层的导电性,拓宽钙钛矿钝化层的膜厚区间;另一方面,通过共蒸方式,制备得到的钙钛矿钝化层中掺杂有碳60分子,使得钙钛矿钝化层与碳60电子传输层的接触面积增大,增加了碳60电子传输层在钙钛矿钝化层上的附着力,有效避免了太阳能电池在长时间运转中,存在膜层剥离的缺陷,有助于提高太阳能电池的性能稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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为本申请实施例提供的太阳能电池的等效结构示意图;
图2为本申请实施例提供的钙钛矿钝化层的制备方法制备得到的钙钛矿钝化层的等效结构示意图;
图3为对比例提供的基于传统方法制备得到的钙钛矿钝化层的等效结构示意图。
其中,图中各附图主要标记:
10、晶硅电池;11、晶硅电极层;111、晶硅金属电极层;112、晶硅透明电极层;12、P型基底掺杂层;13、基底底面钝化层;14、硅衬底;15、基底表面钝化层;16、N型基底掺杂层;17、隧穿层;
20、钙钛矿电池;21、空穴传输层;22、钙钛矿吸收层;23、钙钛矿钝化层;24、电子传输层;25、缓冲层;26、钙钛矿电极层;261、钙钛矿透明电极层;262、钙钛矿金属电极层;27、减反射层;
30、钙钛矿基底;40、电子传输材料。
实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外,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该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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申请和简化描述,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申请的限制。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征,结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此,“在一个实施例中”或“在一些实施例中” 的短语出现在整个说明书的各个地方,并非所有的指代都是相同的实施例。此外,在一个或多个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征,结构或特性。
在晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池中,碳60的电子传输层24与钙钛矿吸收层22之间的界面上存在大量缺陷,在碳60电子传输层24与钙钛矿吸收层22之间制备钙钛矿钝化层23是常用的解决方案。但在该种钝化方案中,钙钛矿钝化层23的导电性能较差,且钙钛矿钝化层23与碳60电子传输层24的接触面积有限,碳60电子传输层24在钙钛矿钝化层23上的附着力较弱,影响太阳能电池的使用性能。
请参阅图3,在钙钛矿钝化层23与碳60电子传输层24之间制备钙钛矿钝化层23的传统制备方法中,若制备得到的钙钛矿钝化层23膜厚太薄,则钙钛矿钝化层23无法完全覆盖粗糙界面,钝化效果弱。若钙钛矿钝化层23的膜厚大于3nm,则因其导电性差,会增大电池器件的串联电阻,影响电池的使用性能。
基于上述问题,本申请提供了一种钙钛矿钝化层23的制备方法,以及由该钙钛矿钝化层23的制备方法制备得到的太阳能电池。
请参阅图1,现对本申请实施例提供的钙钛矿钝化层23的制备方法进行说明。该钙钛矿钝化层23的制备方法包括晶硅电池10和钙钛矿电池20,钙钛矿电池20可设于晶硅电池10的上方。可选地,钙钛矿电池20可包括设于晶硅电池10的表面的空穴传输层21、设于空穴传输层21的表面的钙钛矿吸收层22、设于钙钛矿吸收层22的表面的钙钛矿钝化层23、设于钙钛矿钝化层23的表面的电子传输层24、设于电子传输层24的表面的缓冲层25、设于缓冲层25的表面的钙钛矿电极层26和设于钙钛矿电极层26的表面的减反射层27。其中,请参阅图2,晶硅电池10、空穴传输层21和钙钛矿吸收层22组合形成钙钛矿基底30,采用蒸镀法在钙钛矿基底30的表面共蒸钝化材料和电子传输材料40,以制备得到钙钛矿钝化层23;钝化材料为氟化镁、氟化锂和有机铵盐材料中的一种,电子传输材料40为碳60。此结构,本申请通过将钙钛矿钝化层23由钝化材料和电子传输材料40共同蒸镀得到,一方面,在保证钝化效果的同时,可大大提升钙钛矿钝化层23的导电性,拓宽钙钛矿钝化层23的膜厚区间;另一方面,通过共蒸方式,制备得到的钙钛矿钝化层23中掺杂有碳60分子,使得钙钛矿钝化层23与碳60电子传输层24的接触面积增大,增加了碳60电子传输层24在钙钛矿钝化层23上的附着力,有效避免了太阳能电池在长时间运转中,存在膜层剥离的缺陷,有助于提高太阳能电池的性能稳定性。
本申请还提供了一种太阳能电池,采用上述钙钛矿钝化层23的制备方法制备得到。具体地,请参阅图1,该太阳能电池包括晶硅电池10和设于晶硅电池10的上方的钙钛矿电池20。可选地,晶硅电池10包括晶硅电极层11、设于晶硅电极层11的表面的P型基底掺杂层12、设于P型基底掺杂层12的表面的基底底面钝化层13、设于基底底面钝化层13的表面的硅衬底14、设于硅衬底14的表面的基底表面钝化层15、设于基底表面钝化层15的表面的N型基底掺杂层16和设于N型基底掺杂层16的表面的隧穿层17;空穴传输层21设于隧穿层17的表面。
在一些实施例中,请参阅图1,晶硅电极层11包括晶硅金属电极层111和设于晶硅金属电极层111的表面的晶硅透明电极层112;P型基底掺杂层12设于晶硅透明电极层112的表面。
在一些实施例中,请参阅图1,钙钛矿电极层26包括设于缓冲层25的表面的钙钛矿透明电极层261和设于钙钛矿透明电极层261的表面的钙钛矿金属电极层262;减反射层27设于钙钛矿金属电极层262的表面。
请参阅图1,本申请实施例提供的太阳能电池的具体结构由下至上依次为:晶硅金属电极层111、晶硅透明电极层112、P型基底掺杂层12、基底底面钝化层13、硅衬底14、基底表面钝化层15、N型基底掺杂层16、隧穿层17、空穴传输层21、钙钛矿吸收层22、钙钛矿钝化层23、电子传输层24、缓冲层25、钙钛矿透明电极层261、钙钛矿金属电极层262和减反射层27。本申请基于太阳能电池的具体结构,对钙钛矿钝化层23的制备方法进行详细说明,制备步骤具体如下:
步骤一:在硅衬底14的底面依次制备基底底面钝化层13和P型基底掺杂层12,在硅衬底14的表面依次制备基底表面钝化层15和N型基底掺杂层16。
步骤二:在基底底面钝化层13的底面制备晶硅透明电极层112。可选地,利用磁控溅射法,将上述样片置于磁控溅射设备中,设置ITO(Indium Tin Oxide,氧化铟锡)靶材,控制功率在50-200W之间。具体地,在本申请实施例中,控制功率为60W,运行时间为1.5h,层膜厚度为100nm。
步骤三:在晶硅透明电极层112的底面制备晶硅金属电极层111。可选地,利用蒸镀法,将上述制备完成的基底样片放置于掩膜版上,并放入蒸镀机腔室中,蒸镀真空度为5×10-5-2×10-4Pa,蒸镀温度在500-2000℃,蒸发速率为0.1-5Å/S。具体地,在本申请实施例中,蒸镀真空度为2×10-4Pa时进行蒸镀,调节蒸镀电压至蒸发温度,控制蒸发速率在2.5Å/S,将银蒸镀至层膜上,厚度为200nm。
步骤四:在N型基底掺杂层16的表面制备隧穿层17。可选地,隧穿层17可采用原子层沉积法、磁控溅射法或湿化学法制备。具体地,在本申请实施例中,可利用磁控溅射法,将样片置于掩膜版后放置于磁控溅射设备中,控制功率为60W,运行时间为1h,层膜厚度为40nm。
步骤五:在隧穿层17的表面制备空穴传输层21。其中,空穴传输层21可为聚[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)、三氧化钼(MoO3)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的至少一种。
可选地,可以采用旋涂法,将空穴传输层21分散液均匀涂覆在隧穿层17的表面,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10-50min。
可选地,也可以采用磁控溅射法,将上述制备好的基片置于磁控溅射设备中,控制功率为30-90W。
本申请实施例可利用旋涂法,将基片采用UV-Ozone(紫外臭氧清洗机)处理15min,配备空穴传输层21分散液,称取0.05mol NiOx粉末溶解于1ml超纯水中,超声震荡20min。将空穴传输层21分散液均匀涂覆基片的表面,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30min,厚度在20nm左右。
步骤六:在空穴传输层21的表面制备钙钛矿吸收层22。
可选地,可以采用旋涂法,制备钙钛矿前驱液,将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层21的表面,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5-40min。其中,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。反溶剂可包括甲苯(Tol)、氯苯(CB)、乙酸乙酯(EA)中的至少一种。
可选地,也可以采用闪蒸法,制备钙钛矿前驱液,将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层21的表面,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5-40min。
可选地,还可以采用蒸镀法,制备钙钛矿前驱粉末,将钙钛矿前驱粉末蒸发至上述空穴传输层21的表面,蒸镀真空度在1-3×10-4Pa之间,蒸镀温度为200-700℃。其中,钙钛矿前驱液可为ABX3结构钙钛矿,利用化学计量比进行调节并与有机溶剂进行溶解,浓度在1.5-2M之间。其中,ABX3结构钙钛矿中,A位为有机阳离子,包括CH3NH3 +(MA+)、NH2CH=NH2 +(FA+)、CH3CH2NH3 +或Cs+中的至少一种;B位是金属阳离子,包括Pb2+、Sn2+中的至少一种;X位是卤素阴离子,包括F-、Cl-、Br-、I-中的至少一种。
本申请实施例可采用闪蒸法制备钙钛矿吸收层22。具体地,配备钙钛矿前驱液,称量1.7M钙钛矿粉末溶解于1ml DMF(N,N-Dimethylformamide,N,N-二甲基甲酰胺)和DMSO(Dimethyl sulfoxide,二甲基亚砜)溶剂中,溶剂比例为8:2,磁力搅拌30min,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15min,厚度在500nm左右。
步骤七:制备钙钛矿钝化层23。上述晶硅电池10、空穴传输层21和钙钛矿吸收层22组合形成钙钛矿基底30,采用蒸镀法在钙钛矿基底30的表面共蒸钝化材料和电子传输材料40,以制备得到钙钛矿钝化层23。其中,钝化材料为氟化镁、氟化锂和有机铵盐材料中的一种,电子传输材料40为碳60。
本申请使用钝化材料与电子传输材料40的二元共蒸,钝化材料的蒸镀速率范围为0-10A/s,电子传输材料40的蒸镀速率范围为0-10A/s;蒸发总时间控制在1-10000s,钙钛矿钝化层23的厚度范围为1-100nm。其中,钝化材料的蒸镀速率与电子传输材料40的蒸镀速率之比范围为1-10:10-1。
步骤八:制备电子传输层24。其中,电子传输层24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。
可选地,可以利用旋涂法,将电子传输层24分散液均匀涂覆在钙钛矿钝化层23的表面,旋涂转速为500-4000rpm,旋涂时间为10-80s。
可选地,也可以利用蒸镀法,将电子传输材料40蒸发至上述钙钛矿钝化层23的表面,蒸镀真空度为5×10-5-5×10-4Pa,蒸镀温度在100-400℃,蒸发速率在0.05-1Å/S。
本申请实施例可采用蒸镀法来制备电子传输层24。具体地,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1×10-4Pa时进行蒸镀,调节蒸镀电压至蒸发温度,控制蒸发速率在0.1-0.15Å/S,将碳60蒸镀至层膜上,厚度为20nm。
步骤九:制备缓冲层25。其中,缓冲层25为氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2) 中的至少一种。缓冲层25的厚度范围可为0-30nm。
可选地,可以利用原子层沉积法,将电子传输材料40利用原子层沉积设备沉积至电子传输层24的表面,沉积真空度为0-1×104Pa,沉积管道温度在50-150℃之间,沉积腔室温度为40-150℃。
可选地,也可以利用蒸镀法,将电子传输材料40蒸发至上述电子传输层24的表面,蒸镀真空度为6×10-5-4×10-4Pa,蒸镀温度在100-500℃,蒸发速率在0.05-1Å/S。
本申请实施例可采用原子层沉积法,设置原子层沉积设备真空度为0.5×104Pa,沉积管道温度在60℃之间,沉积腔室温度70℃,将SnO2蒸镀至层膜上,厚度为15nm。
步骤十:制备钙钛矿透明电极层261。
可选地,可以利用磁控溅射法,将透明电极材料溅射至上述电子传输层24的表面,控制功率为30-200W。
可选地,也可以利用蒸镀法,将透明电极材料蒸发至上述电子传输层24的表面,蒸镀真空度为1×10-5-5×10-4Pa,蒸镀温度在1000-2000℃,蒸发速率在0.05-3Å/S。
本申请实施例可采用磁控溅射法,与步骤二中制备晶硅透明电极层112的制备方法相似,设置IZO(Indium Zinc Oxide,氧化铟锌)靶材,控制功率为50W,运行时间为1h,层膜厚度为100nm。
步骤十一:制备钙钛矿金属电极层262。具体地,与制备晶硅金属电极层111相似,仅掩膜版不一致,厚度为100nm。
步骤十二:制备减反射层27。可选地,可通过磁控溅射法和蒸镀法进行制备。具体地,本申请实施例制备减反射层27与制备钙钛矿钝化层23的方法相似,控制蒸发速率在2Å/S,将氟化镁蒸镀至层膜上,厚度为100nm。其中,减反射层27可为氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氧化硅(SiO2)中的至少一种。
可选地,晶硅透明电极层112和钙钛矿透明电极层261可为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种。
可选地,钙钛矿金属电极层262可为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种。
可选地,空穴传输层21、钙钛矿吸收层22、电子传输层24、钙钛矿透明电极层261、钙钛矿金属电极层262和减反射层27的厚度范围可为1-600nm。
为了验证本申请实施例提供的太阳能电池的性能,本申请提供了七组实施例进行对比分析。
实施例一是基于传统的蒸镀法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与本申请的制备方法的区别在于步骤七:以0.1A/s的蒸镀速率在钙钛矿基底30上蒸镀氟化镁以得到钙钛矿钝化层23,控制总蒸发时间在50s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为0.5nm。
实施例二也是基于传统的蒸镀法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与上述实施例一的区别在于:以1A/s的蒸镀速率在钙钛矿基底30上蒸镀氟化镁以得到钙钛矿钝化层23,控制总蒸发时间在100s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为10nm。
实施例三是基于本申请提供的制备方法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。在步骤七中:使用钝化材料和电子传输材料40的二元共蒸以制备得到钙钛矿钝化层23。控制钝化材料的蒸镀速率与电子传输材料40的蒸镀速率之比为8:2;控制总蒸发时间为100s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为10nm。
实施例四也是基于本申请提供的制备方法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与实施例三的区别在于步骤七:控制总蒸发时间为200s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为20nm。
实施例五也是基于本申请提供的制备方法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与实施例三的区别在于步骤七:控制总蒸发时间为500s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为50nm。
实施例六也是基于本申请提供的制备方法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与实施例三的区别在于步骤七:控制钝化材料的蒸镀速率与电子传输材料40的蒸镀速率之比为5:5;控制总蒸发时间为100s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为10nm。
实施例七也是基于本申请提供的制备方法制备钙钛矿钝化层23的太阳能电池。其与实施例三的区别在于步骤七:控制钝化材料的蒸镀速率与电子传输材料40的蒸镀速率之比为9:1;控制总蒸发时间为100s,形成的钙钛矿钝化层23的厚度为10nm。
将七组实施例进行对比实验,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1.0cm2的实施例器件进行长时间段的IV测试,设置起始电压为1.95V,截止电压为0V,量程为100mA,其测试结果如下表所示。
由以上表格对比分析可知:
1、实施例一和实施例二采用传统方法制备得到的钙钛矿钝化层23,对于钙钛矿钝化层23增厚非常敏感。因为钙钛矿钝化层23的导电性较差,钝化膜层增厚到10nm的实施例二,电流难以导出,短路电流仅为15.5mA/cm2,太阳能电池的性能极差。而当钝化膜层较薄为0.5nm时,钙钛矿钝化层23的钝化效率明显减弱,反应在实施例一的开路电压仅为1.86V,其太阳能电池的衰减率也极高,为7.5%/year。
2、实施例三至实施例七采用共蒸制备得到的钙钛矿钝化层23,对于钙钛矿钝化层23增厚不敏感。在实施例三中,钙钛矿钝化层23即使在厚度10nm的情况下,也可以有效导出电流,有着21.2mA/cm2的短路电流和高达33.4%的光电转化效率。当钙钛矿钝化层23的厚度从10nm继续增加到20nm和50nm时,实施例四和实施例五的光电转化效率并没有很大的影响。这意味着,本申请提供的钙钛矿钝化层23的制备方法有着厚度不敏感性,有着较宽的厚度窗口,有利于兼容大规模制备。
3、本申请提供的钙钛矿钝化层23的制备方法使得钙钛矿钝化层23与碳60电子传输层24的接触面积增大,增加碳60电子传输层24在钙钛矿钝化层23上的附着,提升太阳能电池在长时间运行中的稳定性。实施例三至实施例七均有着低于1%/year的衰减率,远低于传统方法制备的太阳能电池的实施例一和实施例二。
4、对比实施例三、实施例六和实施例七的结果,钝化材料的蒸镀速率与电子传输材料40的蒸镀速率之比为8:2时,太阳能电池的性能最佳。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于,包括:
晶硅电池;
钙钛矿电池,所述钙钛矿电池包括设于所述晶硅电池的表面的空穴传输层、设于所述空穴传输层的表面的钙钛矿吸收层、设于所述钙钛矿吸收层的表面的钙钛矿钝化层、设于所述钙钛矿钝化层的表面的电子传输层、设于所述电子传输层的表面的缓冲层、设于所述缓冲层的表面的钙钛矿电极层和设于所述钙钛矿电极层的表面的减反射层;
其中,所述晶硅电池、所述空穴传输层和所述钙钛矿吸收层组合形成钙钛矿基底,采用蒸镀法在所述钙钛矿基底的表面共蒸钝化材料和电子传输材料,以制备得到所述钙钛矿钝化层;所述钝化材料为氟化镁、氟化锂和有机铵盐材料中的一种,所述电子传输材料为碳60。
2. 如权利要求1所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述钝化材料的蒸镀速率范围为0-10A/s,所述电子传输材料的蒸镀速率范围为0-10 A/s。
3.如权利要求2所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述钝化材料的蒸镀速率与所述电子传输材料的蒸镀速率之比范围为1-10:10-1。
4.如权利要求1所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:蒸发总时间控制在1-10000s,所述钙钛矿钝化层的厚度范围为1-100nm。
5.如权利要求1所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述钙钛矿电极层包括设于所述缓冲层的表面的钙钛矿透明电极层和设于所述钙钛矿透明电极层的表面的钙钛矿金属电极层;所述减反射层设于所述钙钛矿金属电极层的表面。
6.如权利要求5所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述晶硅电池包括晶硅电极层、设于所述晶硅电极层的表面的P型基底掺杂层、设于所述P型基底掺杂层的表面的基底底面钝化层、设于所述基底底面钝化层的表面的硅衬底、设于所述硅衬底的表面的基底表面钝化层、设于所述基底表面钝化层的表面的N型基底掺杂层和设于所述N型基底掺杂层的表面的隧穿层;所述空穴传输层设于所述隧穿层的表面。
7.如权利要求6所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述晶硅电极层包括晶硅金属电极层和设于所述晶硅金属电极层的表面的晶硅透明电极层;所述P型基底掺杂层设于所述晶硅透明电极层的表面。
8.如权利要求7所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述钙钛矿透明电极层和所述晶硅透明电极层采用磁控溅射法或蒸镀法制备;所述钙钛矿金属电极层和所述晶硅金属电极层采用蒸镀法制备。
9.如权利要求1-8任一项所述的钙钛矿钝化层的制备方法,其特征在于:所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法制备。
10.太阳能电池,其特征在于:采用如权利要求1-9任一项所述的钙钛矿钝化层的制备方法制备得到。
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