CN219719002U - 一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
一种钙钛矿‑晶硅叠层太阳能电池结构，属于太阳能电池领域。包括钙钛矿顶电池、晶硅底电池与复合结层。所述钙钛矿顶电池依次设置为金属电极、透明电极层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层；所述晶硅底电池依次设置为氧化钼空穴传输层、本征氢化非晶硅钝化层、晶硅光吸收层、本征氢化非晶硅钝化层、氟化锂/铝复合电极层；钙钛矿电池与底电池之间通过复合结相联结。本实用新型使用氧化钼作为晶硅底电池的空穴传输层，具有更好的空穴选择性以及更小的寄生吸收，使用氟化锂/铝作为晶硅底电池的复合电极，可以降低晶硅与电极间的肖特基势垒，有利于电子的传输，提升了单个太阳能电池器件的光电转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构。
背景技术
太阳能发电是根据光生伏特效应将太阳能转换为电能的技术，也是一种高效、绿色和可持续发展的太阳能利用技术。在光伏发电过程中，部分太阳光能量被吸收转换为电能，而其他部分则转换为热能或被反射、透射而损失。目前量产的太阳能电池多为单一光吸收层的太阳能电池。单一光吸收层的太阳能电池，所能吸收的光子波长范围有限。晶硅太阳能电池只能吸收波长在700-1200nm的光子，钙钛矿太阳能电池只能吸收波长在300-800nm的光子。单一光吸收层的太阳能电池，并不能充分吸收光子，致使部分光能不能转换为电能而被浪费。提高太阳光利用率是提升太阳能电池性能的关键。
为了充分利用光能，叠层太阳能电池结构应用而生。叠层太阳能电池是把不同光学带隙的太阳能电池进行组合。窄带隙的电池作为底电池，宽带隙的电池作为顶电池，通过复合层将上下两个电池串联在一起，提高了太阳能的利用率。
近年来，晶硅异质结(SHJ)太阳能电池作为叠层太阳能电池的底电池已经成为研究的热门。在晶硅异质结太阳能电池中，使用掺杂改性后的氢化非晶硅(a-Si:H)层来分离光吸收层所产生的电子与空穴。然而掺杂后的氢化非晶硅具有显著的寄生吸收效应，太阳能电池的光电流会有所损失，导致电池的光电转换效率下降。因此为了获得更高的光电转化效率，需要进一步改善电池的结构。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种以晶硅化合物异质结(SCH)太阳能电池为底电池的钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构。该太阳能电池结构，包括SCH底电池和钙钛矿顶电池。所述SCH底电池的顶部设置有氧化钼(MoOx)空穴传输层，底部设置有氟化锂/铝(LiF/Al)复合电极；所述钙钛矿顶电池的电子传输层与SCH底电池的MoOx空穴传输层之间设有复合结(6)。
一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，包括钙钛矿顶电池和晶硅化合物异质结(SCH)底电池，以及联结钙钛矿顶电池和SCH底电池的复合结(6)。
钙钛矿顶电池为：钙钛矿光吸收层(4)正面即上表面向上依次为空穴传输层(3)、透明电极层(2)、银电极(1)；钙钛矿光吸收层(4)背面即下表面为电子传输层(5)；
晶硅化合物异质结(SCH)底电池包括：晶体硅光吸收层(9)正面即上表面向上依次为第一本征氢化非晶硅钝化层(8)、MoOx空穴传输层(7)；晶体硅光吸收层(9)背面即下表面向下依次为第二本征氢化非晶硅钝化层(10)、由LiF(11)与Al(12)组合构成的Li/Al复合电极层(13)。
电子传输层(5)和MoOx空穴传输层(7)之间为复合结(6)。
所述空穴传输层(3)的材质为Spiro-OMeTAD、PTAA、PEDOT:PSS、NiOx和Cu2O中的一种或者多种的组合。
所述电子传输层(5)的材质为TiO2、ZnO和SnO中的一种或者多种的组合。
所述透明电极层(2)为透明导电氧化物薄膜。所述透明电极层的材质为ITO、IZO、AZO、IWO和ICO中的一种或多种的组合。
所述SCH底电池的MoOx空穴传输层的厚度为5-15nm。
所述SCH底电池的LiF/Al复合电极(13)中，LiF的厚度为0.2-5nm。
所述复合结(6)的材质为ITO、IZO和ICO中的一种或多种的组合，复合结(6)的厚度50-80nm。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，将两种不同光学带隙的太阳能电池相叠加，充分利用光能，减少制备成本。
本实用新型一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，使用MoOx作为晶硅底电池的空穴传输层，从而降低寄生吸收。
本实用新型一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，使用MoOx作为晶硅底电池的空穴传输层，因其具有较好的空穴选择性，可以更好的提取和输运晶硅光吸收层所产生的空穴载流子。
本实用新型一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，使用LiF/Al作为SCH底电池的复合电极，有效减小了单一Al电极的功函数，导致晶硅与电极界面处的肖特基势垒降低，电子更容易流向电极。
附图说明
图1是本实用新型一种晶硅-钙钛矿叠层太阳能电池的结构示意图；图中示例表示为：1-银电极、2-透明电极、3-空穴传输层、4-钙钛矿光吸收层、5-电子传输层、6-复合结、7-MoOx空穴传输层、8-第一本征氢化非晶硅(a-Si:H(i))钝化层、9-晶体硅光吸收层、10-第二本征氢化非晶硅钝化层、11-LiF、12-Al、13-LiF/Al复合电极。
图2是晶硅化合物异质结太阳能电池的结构示意图。
图3是一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。但本实用新型并不限于以下实施例。
实施例1
本申请实例提供了一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，图1示出了本申请实施例提供的钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池的结构示意图，请参阅图1。本实例所提供的钙钛矿叠层太阳能电池主要包括SCH底电池和钙钛矿顶电池。SCH底电池和钙钛矿顶电池之间通过氧化铟锡(ITO)复合结(厚度60nm)相连接。
在本实施例中，钙钛矿顶电池包括依次叠层设置的银电极、有ITO透明电极、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)空穴传输层、MAPbI3钙钛矿光吸收层、TiO2电子传输层。SCH底电池包括依次叠层设置的MoOx空穴传输层、第一本征氢化非晶硅钝化层、N型掺杂晶硅光吸收层、第二本征氢化非晶硅钝化层、LiF/Al复合电极层。钙钛矿顶电池与SCH底电池之间通过ITO复合结相联结。
对实施例提供的太阳能电池进行性能测试。具体地，经过Silvaco ATLAS仿真软件进行模拟计算，在25℃、AM 1.5、1个标准太阳的条件下测试实施例提供的太阳能电池。光电转换效率27.34％。
对照例1结构：
对照例1为晶硅化合物异质结太阳能电池，模型结构图如图2，太阳能电池模型宽度为10μm。
对照例2结构：
对照例2为以PTAA为空穴提取传输层，以TiO2为电子提取传输层，以MAPbI3为光吸收层的钙钛矿太阳能电池，模型结构图如图3，太阳能电池模型宽度为10μm。
与对照例1相对比，实施例的光电转换效率提升26.60％；与对照例2相对比，实施例的光电转换效率提升20.09％。
Claims (5)
1.一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，包括钙钛矿顶电池和晶硅化合物异质结(SCH)底电池，以及联结钙钛矿顶电池和SCH底电池的复合结(6)；
钙钛矿顶电池为：钙钛矿光吸收层(4)正面即上表面向上依次为空穴传输层(3)、透明电极层(2)、银电极(1)；钙钛矿光吸收层(4)背面即下表面为电子传输层(5)；
晶硅化合物异质结(SCH)底电池包括：晶体硅光吸收层(9)正面即上表面向上依次为第一本征氢化非晶硅钝化层(8)、MoOx空穴传输层(7)；晶体硅光吸收层(9)背面即下表面向下依次为第二本征氢化非晶硅钝化层(10)、由LiF(11)与Al(12)组合构成的Li/Al复合电极(13)；
电子传输层(5)和MoOx空穴传输层(7)之间为复合结(6)。
2.按照权利要求1所述的一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，所述透明电极层(2)为透明导电氧化物薄膜。
3.按照权利要求1所述的一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，所述SCH底电池的MoOx空穴传输层的厚度为5-15nm。
4.按照权利要求1所述的一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，所述SCH底电池的LiF/Al复合电极(13)中，LiF的厚度为0.2-5nm。
5.按照权利要求1所述的一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池结构，其特征在于，复合结(6)的厚度50-80nm。
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