CN117858527A - 一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法，包括制备底电池：采用原子积沉积法将电子传输材料和空穴传输层材料沉积至底电池的N型非掺杂电子选择层的表面，以制备得到互掺杂连接层；在互掺杂连接层的表面制备钙钛矿顶电池。本申请通过在底电池的N型非掺杂电子选择层和钙钛矿顶电池的空穴传输层之间设置互掺杂连接层，底电池中产生的电子可以和钙钛矿顶电池中产生的空穴在该互掺杂连接层内高效复合。同时，该互掺杂连接层有着比传统隧穿层更高的光透过率，从而减少叠层太阳能电池在吸光方面的损失。该互掺杂连接层也有着较大的横向方阻，能够阻碍电子空穴横向导通的复合，从而有助于提升叠层太阳能电池的光电性能。
Description
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，更具体地说，是涉及一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池常采用全覆盖的透明导电氧化物薄膜作为中间隧穿层，该中间隧穿层的厚度常为10-100nm左右，其对于300-1200nm的光透过率通常在90%以下，这就造成了叠层太阳能电池在吸光方面的损失。而且，高效的晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池要求其中间隧穿层有着较好的纵向导通性而非横向导通性。但是，全覆盖的中间隧穿层能够横向导通电子和空穴，因此会造成一定的非复合损失，从而降低叠层太阳能电池的效率。
如果取消中间隧穿层，直接让钙钛矿顶电池中的空穴传输层与异质结底电池中的N型非掺杂电子选择层，会产生较大的接触电阻和复合损失，从而影响叠层太阳能电池的性能。这是因为在目前的叠层太阳能电池中，空穴传输层通常采用氧化镍材料，异质结底电池的N型非掺杂电子选择层通常采用氧化锡或氧化钛材料，这就导致空穴传输层与N型非掺杂电子选择层之间有着较高的能级势垒，无法形成良好的欧姆接触。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法，以解决相关技术中存在的：位于空穴传输层与N型非掺杂电子选择层之间的中间隧穿层能够横向导通电子和空穴，导致一定的非复合损失，从而降低叠层太阳能电池的效率的问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：
一方面，提供一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
制备底电池：在衬底的底面制备基底底面钝化层，在所述基底底面钝化层的底面制备P型基底掺杂层，在所述P型基底掺杂层的底面制备底部电极层，在所述衬底的表面制备基底表面钝化层，在所述基底表面钝化层的表面制备N型非掺杂电子选择层；
采用原子积沉积法将电子传输材料和空穴传输层材料沉积至所述N型非掺杂电子选择层的表面，以制备得到互掺杂连接层；
制备钙钛矿顶电池：在所述互掺杂连接层的表面制备空穴传输层，在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层，在所述钙钛矿吸收层的表面制备钙钛矿钝化层，在所述钙钛矿钝化层的表面制备电子传输层，在所述电子传输层的表面制备缓冲层，在所述缓冲层的表面制备顶部电极层。
在一个实施例中，所述电子传输材料为氧化锡或氧化钛，所述空穴传输层材料为氧化镍。
在一个实施例中，所述电子传输材料和所述空穴传输层材料的沉积比例范围为1-10：10-1。
在一个实施例中，在制备所述空穴传输层之前，将所述底电池和所述互掺杂连接层形成的样片置于紫外臭氧机中处理。
在一个实施例中，在所述互掺杂连接层的表面制备空穴传输层步骤中，所述空穴传输层采用旋涂法或磁控溅射法制备得到。
在一个实施例中，在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层步骤中，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法制备得到。
在一个实施例中，在所述钙钛矿吸收层的表面制备钙钛矿钝化层步骤中，所述钙钛矿钝化层采用蒸镀法、旋涂法或喷涂法制备得到。
在一个实施例中，在所述钙钛矿钝化层的表面制备电子传输层步骤中，所述电子传输层采用旋涂法、喷墨法或蒸镀法制备得到。
在一个实施例中，在所述电子传输层的表面制备缓冲层步骤中，所述缓冲层采用旋涂法、原子积沉积法活蒸镀法制备得到。
另一方面，提供一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池，采用上述任一实施例提供的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法制备得到，基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池包括：
底电池，包括底部电极层、设于所述底部电极层的表面的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衬底、设于所述衬底的表面的基底表面钝化层和设于所述基底表面钝化层的表面的N型非掺杂电子选择层；
钙钛矿顶电池，包括空穴传输层、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和设于所述缓冲层的表面的顶部电极层；
互掺杂连接层，设于所述N型非掺杂电子选择层和所述空穴传输层之间。
本申请实施例提供的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法至少具有以下有益效果：本申请通过在底电池的N型非掺杂电子选择层和钙钛矿顶电池的空穴传输层之间设置互掺杂连接层，底电池中产生的电子可以和钙钛矿顶电池中产生的空穴在该互掺杂连接层内高效复合。同时，该互掺杂连接层有着比传统隧穿层更高的光透过率，从而减少叠层太阳能电池在吸光方面的损失。该互掺杂连接层也有着较大的横向方阻，能够阻碍电子空穴横向导通的复合，从而有助于提升叠层太阳能电池的光电性能。
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基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法的流程示意图。
其中，图中各附图主要标记：
1、底电池；11、底部电极层；111、第一金属电极层；112、第一透明电极层；12、P型基底掺杂层；13、基底底面钝化层；14、衬底；15、基底表面钝化层；16、N型非掺杂电子选择层；
2、钙钛矿顶电池；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、顶部电极层；261、第二透明电极层；262、第二金属电极层；27、减反射层；
3、互掺杂连接层。
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。
请参阅图1，现对本申请实施例提供的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池进行说明。该基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池包括底电池1、钙钛矿顶电池2和互掺杂连接层3。其中，底电池1包括底部电极层11、设于底部电极层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的表面的衬底14、设于衬底14的表面的基底表面钝化层15和设于基底表面钝化层15的表面的N型非掺杂电子选择层16。钙钛矿顶电池2包括空穴传输层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和设于缓冲层25的表面的顶部电极层26。互掺杂连接层3设于N型非掺杂电子选择层16和空穴传输层21之间。此结构，本申请通过在底电池1的N型非掺杂电子选择层16和钙钛矿顶电池2的空穴传输层21之间设置互掺杂连接层3，底电池1中产生的电子可以和钙钛矿顶电池2中产生的空穴在该互掺杂连接层3内高效复合。同时，该互掺杂连接层3有着比传统隧穿层更高的光透过率，从而减少叠层太阳能电池在吸光方面的损失。该互掺杂连接层3也有着较大的横向方阻，能够阻碍电子空穴横向导通的复合，从而有助于提升叠层太阳能电池的光电性能。
在一个实施例中，请参阅图1，底部电极层11包括第一金属电极层111和设于第一金属电极层111的表面的第一透明电极层112，P型基底掺杂层12设于第一透明电极层112的表面。此结构，通过第一金属电极层111和第一透明电极层112可提高电荷收集效率，有助于提高叠层太阳能电池的填充因子和稳定性。
在一个实施例中，请参阅图1，顶部电极层26包括设于缓冲层25上的第二透明电极层261和设于第二透明电极层261的表面的第二金属电极层262。此结构，通过第二透明电极层261和第二金属电极层262可提高电荷收集效率，有助于提高叠层太阳能电池的填充因子和稳定性。
在一个实施例中，请参阅图1，钙钛矿顶电池2还包括设于顶部电极层26的表面的减反射层27。具体地，减反射层27可设于第二金属电极层262的表面。此结构，减反射层27可增强叠层太阳能电池对太阳光的吸收率，以及提高工作稳定性。
在一个实施例中，请参阅图1，底电池1与钙钛矿顶电池2串联设置。此结构，底电池1可将钙钛矿顶电池2利用不了的红外光吸收，实现紫外光到可见光或近红外光的转换，提高叠层太阳能电池的光吸收性能，进而提高光电转换效率。
具体地，请参阅图1，本申请实施例提供的叠层太阳能电池的具体结构从下至上依次为：第一金属电极层111、第一透明电极层112、P型基底掺杂层12、基底底面钝化层13、衬底14、基底表面钝化层15、N型非掺杂电子选择层16、互掺杂连接层3、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、第二透明电极层261、第二金属电极层262和减反射层27。请结合图1和图2，本申请基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池的具体结构，对基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池的制备方法进行详细说明，其制备步骤具体如下：
步骤一：在衬底14的底面制备基底底面钝化层13，在基底底面钝化层13的底面制备P型基底掺杂层12；在衬底14的表面制备基底表面钝化层15，在基底表面钝化层15的表面制备N型非掺杂电子选择层16。
步骤二：在P型基底掺杂层12的底面制备第一透明电极层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，第一透明电极层112的厚度为100nm。
步骤三：在第一透明电极层112的底面制备第一金属电极层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模版上，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，待蒸镀真空度为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，第一金属电极层111的厚度为200nm。
步骤四：在N型非掺杂电子选择层16的表面制备互掺杂连接层3。可选地，采用原子积沉积法将电子传输材料和空穴传输层材料同时利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面，以制备得到互掺杂连接层3。其中，沉积真空度范围为0-1×10-4Pa，沉积管道温度范围为50-150℃，沉积腔室温度范围为40-150℃，互掺杂连接层3的厚度范围为0-20nm。电子传输材料和空穴传输层材料的沉积比例范围为1-10：10-1；电子传输材料为氧化锡或氧化钛，空穴传输层材料为氧化镍。具体地，在本申请实施例中，沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃。互掺杂连接层3由电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍混合制备得到。
步骤五：在互掺杂连接层3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，将空穴传输层分散液均匀涂覆在互掺杂连接层3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，将上述制备好的样片置于磁控溅射设备中，控制功率为30-90W。
具体地，本申请实施例可利用旋涂法，将样片先采用UV-Ozone（紫外臭氧清洗机）处理15min，配备空穴传输层分散液，称取0.05mol NiOx粉末溶解于1ml超纯水中，超声震荡20min。将空穴传输层分散液均匀涂覆样片的表面，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，包括甲基铵（MA），甲酰胺（FA），Cs或Rb中的一种或几种；B位是金属阳离子，包括Pb、Sn中的至少一种；X位是由Cl、Br和I组成的卤化物阴离子，Cl、Br和I的比例在0：1之间，I的比例在0：1至1：0的范围内。
在一些实施例中，A位包括一个或多个阳离子，其摩尔百分比可为：甲脒占0-100%，甲基铵占0-100%，Cs占0-30%，Rb占0-30%。
在一些实施例中，钙钛矿前驱液可为Cs0.05Rb0.05FA0.765MA0.135PbI2.55Br0.45，Cs0.1FA0.765MA0.135PbI2.4Br0.6， Cs0.1FA0.765MA0.135PbI2.22Br0.78，或者Cs0.1FA0.765MA0.135PbIBr等。
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，称量等比钙钛矿原料粉末溶解于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：在钙钛矿吸收层22的表面制备钙钛矿钝化层23。其中，钙钛矿钝化可为丙二胺碘，包括但不限于丙二胺溴(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)中的至少一种；也可以是氟化镁，包括但不限于氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF) 中的至少一种。
可选地，采用蒸镀法将丙二胺碘蒸发至上述钙钛矿吸收层22的表面，蒸镀真空度为1-5×10-4Pa，蒸镀温度在50-400℃，蒸发速率在0.05-1Å/S。蒸发结束后，进行退火处理，退火温度为0-150℃，退火时间为0-30min。
可选地，可以利用旋涂法，制备钝化层分散液并均匀涂覆在钙钛矿吸收层22的表面，将丙二胺碘溶于包括但不限于有机溶剂甲醇、乙醇或异丙醇中，进行超声溶解并旋涂，丙二胺碘浓度为0.1-6mg/ml，超声时间为0-30min，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5-40min。
可选地，也可以利用喷涂法，将钝化层分散液喷涂在钙钛矿吸收层22的表面，喷涂速率为0-100cm/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。
具体地，本申请实施例采用蒸镀法，称取3mg丙二胺碘放置于坩埚中，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室中，待蒸镀真空度为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0.1Å/S，将丙二胺碘蒸镀至层膜上，厚度为4nm。结束后设置退火台温度为100℃，进行8min退火操作。
步骤八：在钙钛矿钝化层23的表面制备电子传输层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C60蒸镀至层膜上，厚度为20nm。
步骤九：在电子传输层24的表面制备缓冲层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。
可选地，可以利用原子积沉积法，将电子传输材料利用原子积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积沉积法，设置原子积沉积设备真空度为0.5×104Pa，沉积管道温度为60℃，沉积腔室温度为70℃，将SnO2蒸镀至层膜上，厚度为15nm。
步骤十：在缓冲层25的表面制备第二透明电极层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缓冲层25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缓冲层25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，与步骤二中制备第一透明电极层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，第二透明电极层261的厚度为100nm。
步骤十一：在第二透明电极层261的表面制备第二金属电极层262。具体地，与制备第一金属电极层111相似，仅掩模版不一致，第二金属电极层262的厚度为100nm。
步骤十二：在第二金属电极层262的表面制备减反射层27。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，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。
可选地，第一透明电极层112和第二透明电极层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，第二金属电极层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、缓冲层25、第二透明电极层261、第二金属电极层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叠层太阳能电池的性能，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具有中间隧穿层的叠层太阳能电池结构，该叠层太阳能电池的具体结构从下至上依次为：第一金属电极层111、第一透明电极层112、P型基底掺杂层12、基底底面钝化层13、衬底14、基底表面钝化层15、N型非掺杂电子选择层16、中间隧穿层、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、第二透明电极层261、第二金属电极层262和减反射层27。该实施例一提供的叠层太阳能电池的制备方法与上述本申请实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法的区别在于步骤四。在实施例一提供的叠层太阳能电池的制备方法的步骤四中，利用磁控溅射法将样片置于掩模版上，并放置于磁控溅射设备中，控制功率为60W，运行时间为1h，制备得到隧穿层，该隧穿层的厚度为40nm。
实施例二是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为8：2，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积8个循环的氧化锡和2个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为1nm。
实施例三是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为6：4，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积6个循环的氧化锡和4个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为1nm。
实施例四是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为4：6，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积4个循环的氧化锡和6个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为1nm。
实施例五是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为2：8，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积2个循环的氧化锡和8个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为1nm。
实施例六是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为6：4，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积6个循环的氧化锡和4个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为5nm。
实施例七是基于上述实施例提供的叠层太阳能电池的制备方法得到的基于互掺杂连接层3的叠层太阳能电池。具体地，在步骤四中：采用原子积沉积法，将电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍利用原子积沉积设备沉积至N型非掺杂电子选择层16的表面。其中，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为6：4，即在原子积沉积镀膜的每10个循环中，沉积6个循环的氧化锡和4个循环的氧化镍。沉积真空度为1×10- 4Pa，沉积管道温度为100℃，沉积腔室温度范围为100℃，互掺杂连接层3的厚度为10nm。
将上述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（即叠层太阳能电池）进行长时间段的IV测试，设置起始电压为2.1V，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）相较于有隧穿层的实施例一来说，实施例二至七均有着更高的短路电流密度。这说明，互掺杂连接层3可以带来更高的光透过率，从而减少叠层太阳能电池在吸光方面的损失，提升叠层太阳能电池的光电性能。
（2）相较于有隧穿层的实施例一来说，实施例二至七均有着更高的方阻和开路电压。这说明，互掺杂连接层3有着较高的方阻，可以阻碍电子空穴在该互掺杂连接层3内的横向传输复合。
（3）实施例三有着高于实施例二和实施例四-七的光电转化效率与开路电压。这说明，电子传输材料氧化锡和空穴传输层材料氧化镍的沉积比例为6：4，且互掺杂连接层3的厚度在1nm时的效果最佳。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
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)
1.一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备底电池：在衬底的底面制备基底底面钝化层，在所述基底底面钝化层的底面制备P型基底掺杂层，在所述P型基底掺杂层的底面制备底部电极层，在所述衬底的表面制备基底表面钝化层，在所述基底表面钝化层的表面制备N型非掺杂电子选择层；
采用原子积沉积法将电子传输材料和空穴传输层材料沉积至所述N型非掺杂电子选择层的表面，以制备得到互掺杂连接层；
制备钙钛矿顶电池：在所述互掺杂连接层的表面制备空穴传输层，在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层，在所述钙钛矿吸收层的表面制备钙钛矿钝化层，在所述钙钛矿钝化层的表面制备电子传输层，在所述电子传输层的表面制备缓冲层，在所述缓冲层的表面制备顶部电极层。
2.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电子传输材料为氧化锡或氧化钛，所述空穴传输层材料为氧化镍。
3.如权利要求2所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电子传输材料和所述空穴传输层材料的沉积比例范围为1-10：10-1。
4.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在制备所述空穴传输层之前，将所述底电池和所述互掺杂连接层形成的样片置于紫外臭氧机中处理。
5.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述互掺杂连接层的表面制备空穴传输层步骤中，所述空穴传输层采用旋涂法或磁控溅射法制备得到。
6.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层步骤中，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法制备得到。
7.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述钙钛矿吸收层的表面制备钙钛矿钝化层步骤中，所述钙钛矿钝化层采用蒸镀法、旋涂法或喷涂法制备得到。
8.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述钙钛矿钝化层的表面制备电子传输层步骤中，所述电子传输层采用旋涂法、喷墨法或蒸镀法制备得到。
9.如权利要求1所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述电子传输层的表面制备缓冲层步骤中，所述缓冲层采用旋涂法、原子积沉积法活蒸镀法制备得到。
10.一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池的制备方法制备得到，所述基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池包括：
底电池，包括底部电极层、设于所述底部电极层的表面的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衬底、设于所述衬底的表面的基底表面钝化层和设于所述基底表面钝化层的表面的N型非掺杂电子选择层；
钙钛矿顶电池，包括空穴传输层、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和设于所述缓冲层的表面的顶部电极层；
互掺杂连接层，设于所述N型非掺杂电子选择层和所述空穴传输层之间。
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| CN202410083488.2A CN117858527A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种基于互掺杂连接层的叠层太阳能电池及其制备方法 |
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