本发明涉及钙钛矿/晶硅叠层领域,具体而言,涉及一种钙钛矿/晶体硅叠层电池及其制备方法。
背景技术:
1、单结晶硅电池的最高实验室转换效率目前已达到27.09%,接近29.4%的理论极限,未来效率提升空间小。为了突破效率天花板,钙钛矿/晶硅叠层电池成为光伏技术变革新方向之一。将晶硅电池和钙钛矿电池堆叠形成的钙钛矿/晶硅叠层电池,理论转换效率为43%,目前最高实验室转换效率已达33.9%。钙钛矿/晶硅叠层电池无论理论效率还是实验室效率均明显高于单结晶硅电池。
2、叠层电池需要采用中间串联层能够在顶底电池间进行载流子交换,因此,其光电性能将直接影响叠层电池光电转换效率。
3、中间串联层通常采用透明导氧化物膜层或n/p型硅基隧穿复合结。采用n/p型硅基隧穿结作为中间串联层,受限于工艺条件,n/p型硅基隧穿结隧穿势垒较高,使得载流子隧穿几率低,界面处缺陷态的密度低,导致载流子交换速率低,增加光生载流子的复合损失,从而导致太阳能电池中隧穿结处的电学损耗高;采用tco复合结作为中间串联层,tco膜层与掺杂硅层之间存在肖特基势垒,势垒高度受掺杂硅层有效掺杂浓度和禁带宽度的影响较大,容易导致界面接触电阻过高,造成电池串联电阻增加和填充因子下降;另外,过高的势垒高度会导致掺杂硅层中耗尽层厚度过大,影响电池开路电压,最终导致电池转换效率降低。
4、有鉴于此,本发明人针对这一需求展开深入研究,遂有本案产生。
技术实现思路
1、针对现有技术中钙钛矿/晶硅叠层电池采用透明导氧化物膜层或n/p型硅基隧穿复合结作为中间串联层存在的系列问题,本发明提供了一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,包括底电池和顶电池,
2、底电池以晶体硅片为基底,其背面依次设置界面钝化层、第一掺杂硅层、第一透明导电氧化物膜层和金属导电膜层,正面依次设置界面钝化层、第二掺杂硅层以及中间复合层;
3、顶电池以钙钛矿吸光层为光吸收层,背面设置第一载流子传输层,正面依次设置第二载流子传输层、第二透明导电氧化物膜层和金属栅线电极;第二掺杂硅层与中间复合层之间设置非晶锗层。
4、优选地,所述非晶锗层为不掺杂、p型掺杂或n型掺杂的非晶、纳米晶或微晶。
5、优选地,所述非晶锗层包括氢化非晶锗、氢化非晶锗硅或氢化非晶锗碳薄膜中的至少一种,且其厚度为0.5-5.0nm。
6、优选地,所述晶体硅片可以是直拉单晶硅片、铸锭单晶硅片或多晶硅片,可以是n型掺杂或p型掺杂,电阻率0.1-10.0ωcm,厚度50-500um。
7、优选地,所述中间复合层为透明导电氧化层、n型掺杂硅或p型掺杂硅中的一种,其厚度为10-30nm。
8、优选地,所述第一掺杂硅层为低温非晶硅膜层或高温多晶硅膜层,且是n型掺杂或p型掺杂,掺杂浓度1017-1020cm-3;
9、第二掺杂硅层为低温非晶硅膜层或高温多晶硅膜层,且是n型掺杂或p型掺杂,掺杂浓度1017-1020cm-3,所述第二掺杂硅层与第一掺杂硅层导电类型相反;
10、所述低温非晶硅膜层形成温度100-300℃,所述高温多晶硅膜层形成温度600-1000℃。
11、优选地,所述低温非晶硅膜层包括a-si:h、a-siox:h、a-sicx:h、uc-si:h、uc-siox:h、uc-sicx:h中的至少一种,厚度为5-20nm;
12、所述高温多晶硅膜层包括poly-si、poly-siox、poly-sinx、poly-sicx中的至少一种,厚度为5-50nm。
13、优选地,所述第一透明导电氧化物膜层包括掺杂氧化铟、氧化锡、氧化锌基薄膜中的至少一种,厚度60-150nm;
14、所述第二透明导电氧化物膜层包括掺杂氧化铟、氧化锡、氧化锌基薄膜中的至少一种,厚度60-150nm;
15、所述金属导电膜层包括ag、al、ni、cu、fe中的至少一种,厚度100-1000nm。
16、优选地,所述界面钝化层包括本征非晶硅膜层或隧穿介质膜层中的至少一种;
17、本征非晶硅膜层包括a-si:h、a-siox:h、a-sicx:h中的至少一种,厚度4-8nm;隧穿介质膜层包括siox、sinx、sicx中的至少一种,厚度1-3nm。
18、优选地,所述钙钛矿吸光层通式为abx3,其中a为一价阳离子,所述a包括但不限于锂、钠、钾、铯、胺基或者脒基中的任一种;所述b为二价阳离子,包括但不限于铅、锡中的任一种;所述x为一价阴离子,包括但不限于碘、溴、氯中的任一种;钙钛矿吸光层厚度500-1500nm。
19、优选地,所述第一载流子传输层包括层叠的第一无机载流子传输层和第一有机载流子传输层;所述第一载流子传输层为空穴传输层或电子传输层;所述第一载流子传输层与第一掺杂硅层导电类型相同;
20、所述第二载流子传输层包括层叠的第二无机载流子传输层和第二有机载流子传输层;所述第二载流子传输层为空穴传输层或电子传输层;第二载流子传输层与第一载流子传输层导电类型相反,与第二掺杂硅层导电类型相同。
21、优选地,所述第一无机载流子传输层包括无机空穴传输层或无机电子传输层;第二无机载流子传输层包括无机空穴传输层或无机电子传输层,且所述第一无机载流子传输层与所述第二无机载流子传输层导电类型相反;
22、所述无机空穴传输层包括niox、v2o5、moox、wox、cu2o中的至少一种,厚度0.5-50.0nm;所述无机电子传输层优选包括sno2、tio2、zno、nb2o5、zro2、tisnox、snznox、lif、mgfx中的至少一种,厚度0.5-50.0nm;
23、所述第一有机载流子传输层包括有机空穴传输层或有机电子传输层,所述第二有机载流子传输层包括有机空穴传输层或有机电子传输层,且所述第一有机载流子传输层与所述第二有机载流子传输层导电类型相反;
24、所述有机空穴传输层优选包括2pacz、me-4pacz、meo-2pacz、ptaa、p3ht、poly-tpd、pedot:pss、spiro-ometad、m-mtdata、spiro-ttb、f4-tcnq、f6-tcnnq、tapc中的至少一种,厚度为0.5-50.0nm;
25、所述有机电子传输层优选包括富勒烯c60、富勒烯c70、富勒烯衍生物pcbm中的至少一种,厚度为0.5-50.0nm。
26、优选地,所述金属栅线电极为ag、al、ni、cu、fe中的至少一种,栅线厚度0.1-20.0um,间距0.5-5.0mm。
27、本发明还提供了一种上述钙钛矿/晶体硅叠层电池的制备方法,其工艺简单,易于实现,具体包括如下步骤:
28、s1、对晶体硅片表面进行腐蚀和清洗;
29、s2、晶体硅片背面依次设置第一界面钝化层和第一掺杂硅层;正面依次设置第二界面钝化层、第二掺杂硅层、非晶锗层及中间复合层;
30、s3、在背面第一掺杂硅层表面设置第一透明导电氧化物膜层和金属导电膜层;在正面第一掺杂硅层表面设置第一载流子传输层;
31、s4、在第一载流子传输层表面沉积钙钛矿吸光层;
32、s5、在钙钛矿吸光层表面沉积第二载流子传输层;
33、s6、在第二载流子传输层表面沉积第二透明导电氧化物膜层;
34、s7、在第二透明导电氧化物膜层表面设置金属栅线电极。
35、采用本发明技术方案产生的有益效果如下:第二掺杂硅层与中间复合层之间设置一层超薄非晶锗层,增强了第二掺杂硅层与中间复合层之间的的隧穿导电能力,降低了界面接触电阻,提升了电池ff和转换效率。
1.一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,包括底电池和顶电池,
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,所述非晶锗层为不掺杂、p型掺杂或n型掺杂的非晶、纳米晶或微晶。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,所述非晶锗层包括氢化非晶锗、氢化非晶锗硅或氢化非晶锗碳薄膜中的至少一种,且其厚度为0.5-5.0nm。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,所述中间复合层为透明导电氧化层、n型掺杂硅或p型掺杂硅中的一种,其厚度为10-30nm。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,所述第一掺杂硅层为低温非晶硅膜层或高温多晶硅膜层,且是n型掺杂或p型掺杂,掺杂浓度1017-1020cm-3;
6.根据权利要求5所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,所述低温非晶硅膜层包括a-si:h、a-siox:h、a-sicx:h、uc-si:h、uc-siox:h、uc-sicx:h中的至少一种,厚度为5-20nm;
7.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,
8.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,
9.根据权利要求8所述的一种钙钛矿/晶体硅叠层电池,其特征在于,
10.一种如权利要求1-9任一项所述钙钛矿/晶体硅叠层电池的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: