CN213905368U - 一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池及其制备方法，包括底电池层和设于其上的顶电池层，顶电池层的顶层是顶导电层，在顶导电层上设有前表面金属电极，底电池层的顶层和底层分别是上导电层和下导电层，在下导电层上设有背面电极，在顶电池层上设有贯穿该层的开槽，上导电层显露于开槽中，在该开槽中的上导电层上设有叠层交界处金属电极。本实用新型的叠层交界处金属电极可以同时引出顶电池层和底电池层光照所产生的载流子，大大缩短了载流子的传输距离，可实现电池转换效率的大幅提升，而且，本实用新型使用异质结和钙钛矿电池的常规生产设备即可大规模生产，无需额外增加设备，工艺实施简便可行，能够实现规模化量产。

Description

一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池

技术领域

本实用新型属于薄膜电池制备技术，尤其涉及一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池。

背景技术

光伏电池作为一种新型清洁能源，近几年发展迅速，成本越来越低，规模逐年增长，技术日新月异，新技术层出不穷。其中，异质结电池随着技术的成熟和成本的下降，新增产能已经进入GW级增长规模。钙钛矿电池一经问世，就以低成本受到行业众多研究者的追捧，推动效率迅速提升。钙钛矿电池的特点之一是，它是一个宽能带隙材料，吸收的太阳光谱区域与硅电池正好互补，如此一来，如果以钙钛矿作为顶部电池，以硅材料作为底部电池，这样的电池结构正好能充分利用太阳光能，这样的太阳能电池已被证明具有可靠的功率转换效率，达到了29.1％。

叠层电池的高效率鼓舞行业研究者提出了各种叠层电池结构的创意，叠层电池的相关专利申请数量直线上升。然而，目前因叠层电池具体结构的研发还面临着很多困难，所以大部分叠层电池结构设计尚处于创意阶段，还无法成为实用价值的产品。比如，关于叠层电池的专利申请并没有详细说明叠层电池的载流子是如何引出电池的，或者只说明在叠层电池的前后表面制备电极以引出电流，这样的电流引出结构具有以下缺陷：载流子只是在叠层电池的前后表面引出，那么顶层电池所产生的一半载流子需要穿透底层电池到达背电极，同样，底层电池所产生的一半载流子也需要穿透顶层电池到达前表面电极，载流子在穿透顶层电池或者底层电池的过程中会因为复合而损失，甚至因为钙钛矿中空穴或者电子传输层的存在导致一部分载流子不能到达电极，造成载流子引出失效，进而降低电池转换效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低、可大幅提升电池转换效率的异质结钙钛矿太阳能叠层电池。

本实用新型的目的通过如下的技术方案来实现：一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池，它包括底电池层和设于其上的顶电池层，所述顶电池层的顶层是顶导电层，在所述顶导电层上设有前表面金属电极，所述底电池层的顶层和底层分别是上导电层和下导电层，在所述下导电层上设有背面电极，其特征在于，在所述顶电池层上设有贯穿该层的开槽，所述上导电层显露于所述开槽中，在该开槽中的上导电层上设有叠层交界处金属电极。

本实用新型在顶电池层与底电池层的叠层交界处设置金属电极，在光照产生光生载流子时，顶电池层产生的载流子通过前表面电极和叠层交界处的电极引出，底电池层产生的载流子通过叠层交界处的电极和背面电极引出，因此叠层交界处金属电极可以同时引出顶电池层和底电池层光照所产生的载流子，大大缩短了载流子的传输距离，可实现电池转换效率的大幅提升，而且，本实用新型使用异质结和钙钛矿电池的常规生产设备即可大规模生产，无需额外增加设备，工艺实施简便可行，能够实现规模化量产。

本实用新型所述顶电池层包括自上而下依次设置的前表面金属电极、上导电层、上传输层、钙钛矿层和下传输层。

本实用新型所述底电池层包括自上而下依次设置的上导电层、上非晶硅层、单晶硅片、下非晶硅层、下导电层和背面电极。

本实用新型所述单晶硅片为P型硅，所述上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的N型非晶硅层，所述下非晶硅层包括P型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层；所述上传输层是电子传输层，所述下传输层是空穴传输层。

本实用新型所述单晶硅片为N型硅，所述上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的P型非晶硅层，所述下非晶硅层包括N型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层；所述上传输层是空穴传输层，所述下传输层是电子传输层。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：

⑴本实用新型在顶电池层与底电池层的叠层交界处设置金属电极，该电极可以同时引出顶电池层和底电池层光照所产生的载流子，大大缩短了载流子的传输距离，可实现电池转换效率的大幅提升。

⑵本实用新型使用异质结和钙钛矿电池的常规生产设备即可大规模生产，无需额外增加设备，工艺实施简便可行，能够实现规模化量产。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型异质结钙钛矿太阳能叠层电池实施例1的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，是本实用新型一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池，它包括底电池层和设于其上的顶电池层，其中，底电池层包括自上而下依次设置的上导电层、上非晶硅层、单晶硅片、下非晶硅层、下导电层和背面电极。在本实施例中，上导电层7和下导电层13均为透明导电膜，单晶硅片为P型硅，上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的N型非晶硅层，下非晶硅层包括P型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层。在下导电层13上设有背面电极14。

顶电池层包括自上而下依次设置的前表面金属电极1、顶导电层3、上传输层、钙钛矿层5和下传输层。在本实施例中，顶导电层3为透明导电膜，上传输层是电子传输层4，下传输层是空穴传输层6。在顶导电层3上设有前表面金属电极1。

在顶电池层上设有贯穿该层的开槽15，上导电层7显露于开槽15中，在该开槽15中的上导电层7上设有叠层交界处金属电极2。

本实施例的制备方法，包括：

1.使用1％～3％质量浓度的氢氧化钾碱溶液制绒的方式，对P型硅片进行清洗在正面和背面制备金字塔绒面；

2.使用PECVD的方法，在P型硅片的正面和背面沉积7nm本征非晶硅，再在正面沉积7nm N型非晶硅层，在背面沉积7nmP型非晶硅层；

3.使用磁控溅射的方法，在P型硅片的正面和背面沉积为透明导电薄膜(TCO)的上导电层和下导电层；

4.使用IED(真空蒸发)的方法，在上导电层上制备空穴传输层；

5.使用丝网印刷法在空穴传输层上制备钙钛矿层；

6.使用IED(真空蒸发)的方法，在钙钛矿层上制备电子传输层；

7.使用激光烧蚀法，在叠层交界处金属电极对应的位置烧蚀电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，形成穿透三层材料的开槽；

8.使用IED(真空蒸发)的方法，在电子传输层上制备顶导电层；使用丝网印刷法在顶导电层上制备前表面金属电极，并在开槽中的上导电层上制备叠层交界处金属电极，以及在下导电层上制备背面电极。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：太阳能叠层电池单晶硅片为N型硅，上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的P型非晶硅层，下非晶硅层包括N型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层；上传输层是空穴传输层，下传输层是电子传输层。

本实施例的制备方法，包括：

1.使用1％～3％质量浓度的氢氧化钾碱溶液制绒的方式，对N型硅片进行清洗在正面和背面制备金字塔绒面；

2.使用PECVD的方法，在N型硅片的正面和背面沉积7nm本征非晶硅，再在正面沉积7nm P型非晶硅层，在背面沉积7nmN型非晶硅层；

3.使用磁控溅射的方法，在N型硅片的正面和背面沉积为透明导电薄膜(TCO)的上导电层和下导电层；

4.使用IED(真空蒸发)的方法，在上导电层上制备电子传输层；

5.使用旋涂法在电子传输层上制备钙钛矿层；

6.使用IED(真空蒸发)的方法，在钙钛矿层上制备空穴传输层；

7.使用激光烧蚀法，在叠层交界处金属电极对应的位置烧蚀电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，形成穿透三层材料的开槽；

8.使用IED(真空蒸发)的方法，在电子传输层上制备顶导电层；使用丝网印刷法在顶导电层上制备前表面金属电极，并在开槽中的上导电层上制备叠层交界处金属电极，以及在下导电层上制备背面电极。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于制备方法的步骤7和8不同，具体是：

先在空穴传输层上制备顶导电层，使用激光烧蚀法，在叠层交界处金属电极对应的位置烧蚀顶导电层、电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，形成穿透四层材料的开槽；然后，在顶导电层上制备前表面金属电极，并在开槽中的上导电层上制备叠层交界处金属电极，以及在下导电层上制备背面电极。

在其它实施例中，在硅片的正面和背面上沉积透明导电薄膜(TCO)还可以采用等离子辅助蒸镀(PAE，也称RPD，表示快速等离子沉积)等方法；还可以采用真空磁控溅射或者RPD等方法在透明导电薄膜上制备电子传输层或空穴传输层；还可以采用喷墨法和热蒸发法等制备钙钛矿层；还可以采用RPD等方法在钙钛矿层上制备电子传输层或空穴传输层；还可以采用RPD等方法制备顶导电层；还可以采用真空蒸镀法和电镀法等制备前表面金属电极、叠层交界处金属电极和背面电极。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还具有其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种异质结钙钛矿太阳能叠层电池，它包括底电池层和设于其上的顶电池层，所述顶电池层的顶层是顶导电层，在所述顶导电层上设有前表面金属电极，所述底电池层的顶层和底层分别是上导电层和下导电层，在所述下导电层上设有背面电极，其特征在于：在所述顶电池层上设有贯穿该层的开槽，所述上导电层显露于所述开槽中，在该开槽中的上导电层上设有叠层交界处金属电极。

2.根据权利要求1所述的异质结钙钛矿太阳能叠层电池，其特征在于：所述顶电池层包括自上而下依次设置的前表面金属电极、顶导电层、上传输层、钙钛矿层和下传输层。

3.根据权利要求2所述的异质结钙钛矿太阳能叠层电池，其特征在于：所述底电池层包括自上而下依次设置的上导电层、上非晶硅层、单晶硅片、下非晶硅层、下导电层和背面电极。

4.根据权利要求3所述的异质结钙钛矿太阳能叠层电池，其特征在于：所述单晶硅片为P型硅，所述上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的N型非晶硅层，所述下非晶硅层包括P型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层；所述上传输层是电子传输层，所述下传输层是空穴传输层。

5.根据权利要求3所述的异质结钙钛矿太阳能叠层电池，其特征在于：所述单晶硅片为N型硅，所述上非晶硅层包括上本征非晶硅层和设于其上的P型非晶硅层，所述下非晶硅层包括N型非晶硅层和设于其上的下本征非晶硅层；所述上传输层是空穴传输层，所述下传输层是电子传输层。

6.根据权利要求4或5所述的异质结钙钛矿太阳能叠层电池，其特征在于：所述顶导电层、上导电层和下导电层均为透明导电膜。

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