技术领域
[0001] 本
发明属于
太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种新型基于
钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池及其制造方法。
背景技术
[0002]
太阳能技术是当前最炙手可热、最前沿的研究之一，但要替代传统
能源，真正实现清洁、
可再生能源经济，其价格还需进一步降低，而降低成本的最有效方式之一便是提高电池的光电转换效率。提高光电效率的一种最有效的办法是构建叠层
太阳能电池体系，即将几种具有不同禁带宽度的光伏材料
叠加形成多结电池，通常将高禁带宽度电池置于顶部，而低禁带宽度电池置于底部。太阳光入射到多结电池上，就会被其中每一个分电池充分吸收。理论上，可以使用无限多个单电池构建叠层电池，其理论效率可高达86.8％，但实际上比较容易实现的是两结叠层电池，实际效率可以超过40％，相比于单结电池的30％左右有明显提高。在过去的研究中，高效率叠层电池主要由III-V族
半导体材料构成，光伏效率达到了32.8％，但其材料成本以及制造成本都极高，不适合大规模产业化。
[0003] 晶硅电池作为目前光伏市场的主流产品，非常适合用于叠层电池的底电池。随着近几年光伏技术的发展，背面钝化、SE、多主栅等技术的引入，电池效率已经得到了较大的提升。为进一步提升效率，降低
硅片表面复合速率实现整体钝化，钝化
接触技术成为了必然的选择。TOPCon技术作为钝化接触的一种，已经成为了下一代产业化高效电池的切入点。目前该种结构的电池最高效率是由德国弗朗禾费太阳能系统研究所创造的N型电池，效率为25.8％，但电池效率仍具有较大的提升空间。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对上述问题，提供一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池。
[0005] 本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制造方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
[0007] 一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池，包括底层电池和顶层电池，上
电极固定连接在顶层电池上，所述底层电池和顶层电池之间设有
中间层，所述底层电池为晶硅电池背钝化电池，所述中间层为透明导电
薄膜，所述顶层电池为钙钛矿电池。
[0008] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述钙钛矿电池包括依次连接的减反射层、
电子传输层、钙钛矿薄膜层和空穴传输层，所述空穴传输层与中间层相连接，所述上电极连接在减反射层上。
[0009] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述中间层和减反射层为ITO薄膜、TCO薄膜、FTO薄膜或AZO薄膜。
[0010] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述电子传输层由TiO2、SnO2或ZnO制得。
[0011] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述空穴传输层由Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT制得，所述钙钛矿薄膜层由ABX3型钙钛矿材料制得。
[0012] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述ABX3型钙钛矿材料为碘化甲胺、碘化甲脒、溴化甲胺、溴化铅、碘化铅或氯化甲胺。
[0013] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述晶硅电池背钝化电池依次包括依次连接的n型
多晶硅薄膜、隧穿
氧化硅薄膜、P型硅基体、背
钝化层和金属下电极，所述n型多晶硅薄膜与中间层相连接。
[0014] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述背钝化层包括相互连接的第一钝化层和第二钝化层，第一钝化层与P型硅基体相连接，第二钝化层与金属下电极相连接，所述第一钝化层由AlOx、SiOx或SiON制得，所述第二钝化层由SiNx制得，所述金属下电极由Al制得。
[0015] 在上述的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池中，所述金属下电极贯依次通过第二钝化层和第一钝化层，并延伸至P型硅基体底面与P型硅基体相接触。
[0016] 一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤一：制绒，以P型
单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，所用制绒溶液按照
质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，
温度为80℃，然后在质量分数为2-5％的
氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到P型硅基体；
[0018] 步骤二：薄膜沉积，采用LPCVD设备或PECVD设备在P型硅基体一侧沉积一层
二氧化硅，得到隧穿氧化硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜的厚度为2nm以下，再在隧穿氧化硅薄膜表面沉积一层微晶硅薄膜，采用热扩散的方法，对微晶硅薄膜进行掺杂，形成n型多晶硅薄膜，然后用HF溶液去除表面的磷
硅酸玻璃，所述HF溶液的质量分数为5％-10％；
[0019] 步骤三：钝化层生长，利用ALD或者PECVD方式在P型硅基体远离隧穿氧化硅薄膜的一侧生长形成第一钝化层，再采用PECVD的方式在第一钝化层表面生长形成第二钝化层；
[0020] 步骤四：下电极制备，在第一钝化层和第二钝化层上激光开槽，裸露出P型硅基体，印刷
铝浆形成金属下电极，从而得到底层电池；
[0021] 步骤五：中间层沉积，在n型多晶硅薄膜表面出沉积一层用于连接底层电池和顶层电池的透明导电薄膜，得到中间层；
[0022] 步骤六：空穴传输层形成，在中间层表面
旋涂Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT，并在
手套箱中
固化，形成空穴传输层；
[0023] 步骤七：钙钛矿薄膜层形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的
混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，进行
退火处理，形成钙钛矿薄膜层；
[0024] 步骤八：电子传输层形成，将二异丙氧基双乙酰丙
酮钛加入无
水正丁醇中，摇匀后旋涂到钙钛矿薄膜层上，在450℃-500℃条件下
煅烧，形成电子传输层；
[0025] 步骤九：减反射层及上
电极形成，在电子传输层表面沉积一层减反射层，再在减反射层上采用
真空蒸
镀设备蒸镀金电极，形成上电极，得到叠层太阳电池。
[0026] 与现有的技术相比，本发明的优点在于：
[0027] 1、本发明以硅电池为底层电池，钙钛矿电池为顶层电池，硅电池的带隙是1.12eV，钙钛矿电池的带隙为1.65-1.7eV，在具有这样带隙的底层电池和顶层电池的配合下，叠层太阳电池整体具有更高的光电转换效率，此外，钙钛矿具有高吸收系数和陡峭吸收边，这些特性更使其适用于晶硅叠层电池的顶层电池。
[0028] 2、本发明提出了一种新型的高效低成本太阳电池的制备方法，通过叠层电池的设计提高电池的转换效率，叠层电池由钙钛矿电池和晶硅电池构成。钙钛矿电池作为顶电池，晶硅背钝化电池作为底电池。在顶底电池之间需要添加一层复合层，用于两种电池的连接，一般采用
透明导电氧化物，可以激发顶电池内部的折射率引导的导模共振陷光，有效阻隔顶层电池导波光耦合到底层电池，例如用ITO作为隧穿结，可以分离空穴电子对；目前这种结构电池的世界纪录是由
牛津光伏创造的，电池转换率达到28％。这种叠层电池能够更加高效地利用太阳光中高能的蓝光部分，理论转换率的极限为43％。ITO与晶硅电池上表面的TOPcon层接触，轻松解决了顶层电池和底层电池的交联问题，除此之外，叠层结构还进一步解决了
正面接触钝化层的短波段的寄生吸收问题，实现了钙钛矿电池与钝化接触电池的完美结合。
附图说明
[0029] 图1是本发明的结构示意图；
[0030] 图中：P型硅基体1、隧穿氧化硅薄膜2、n型多晶硅薄膜3、第一钝化层4、第二钝化层5、金属下电极6、中间层7、空穴传输层8、钙钛矿薄膜层9、电子传输层10、减反射层11、上电极12。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0033] 本实施例提供一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制造方法及由该方法制得的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池。
[0034] 如图1所示，一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤一：制绒，以P型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，所用制绒溶液按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃，然后在质量分数为5％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到P型硅基体1，这里的制绒添加剂是指在单晶硅太阳能电池的制绒工艺过程中，添加有利于反应结果和产品性能的化学助剂，其一般由水、IPA、NaOH、弱酸盐以及若干
表面活性剂组成，可采用市售产品；
[0036] 步骤二：薄膜沉积，采用LPCVD设备或PECVD设备在P型硅基体1一侧沉积一层二氧化硅，得到隧穿氧化硅薄膜2，隧穿氧化硅薄膜2的厚度为2nm，再在隧穿氧化硅薄膜2表面沉积一层微晶硅薄膜，采用热扩散的方法，对微晶硅薄膜进行掺杂，形成n型多晶硅薄膜3，然后用HF溶液去除表面的磷硅酸玻璃，所述HF溶液的质量分数为10％；
[0037] 步骤三：钝化层生长，利用ALD或者PECVD方式在P型硅基体1远离隧穿氧化硅薄膜2的一侧生长形成第一钝化层4，再采用PECVD的方式在第一钝化层4表面生长形成第二钝化层5；
[0038] 步骤四：下电极制备，在第一钝化层4和第二钝化层5上激光开槽，裸露出P型硅基体1，印刷铝浆形成金属下电极6，从而得到底层电池，印刷铝浆的过程中，铝浆经过激光开槽处与P型硅基体1表面形成铝硅
合金；
[0039] 步骤五：中间层沉积，在n型多晶硅薄膜3表面出沉积一层用于连接底层电池和顶层电池的透明导电薄膜，得到中间层7；
[0040] 步骤六：空穴传输层形成，在中间层7表面旋涂Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT，并在手套箱中固化，形成空穴传输层8；
[0041] 步骤七：钙钛矿薄膜层形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，其中，ABX3型钙钛矿材料可以是碘化甲胺、碘化甲脒、溴化甲胺、溴化铅、碘化铅或氯化甲胺，再将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层8上，进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层9；
[0042] 步骤八：电子传输层形成，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到钙钛矿薄膜层9上，在500℃条件下煅烧，形成电子传输层10；
[0043] 步骤九：减反射层及上电极形成，在电子传输层10表面沉积一层减反射层11，再在减反射层11上采用真空蒸镀设备蒸镀金电极，形成上电极12，得到叠层太阳电池。
[0044] 这样制得的叠层太阳电池以硅电池为底层电池，钙钛矿电池为顶层电池，硅电池的带隙是1.12eV，钙钛矿电池通过控制有机阳离子以及卤素元素的比例，使得带隙为1.65-1.7eV，在具有这样带隙的底层电池和顶层电池的配合下，叠层太阳电池整体具有更高的光电转换效率，此外，钙钛矿具有高吸收系数和陡峭吸收边，这些特性更使其适用于晶硅叠层电池的顶层电池。
[0045] 如图1所示，一种由上述方法制得的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池，依次包括上电极12、减反射层11、电子传输层10、钙钛矿薄膜层9、空穴传输层8、中间层7、n型多晶硅薄膜3、隧穿氧化硅薄膜2、P型硅基体1、第一钝化层4、第二钝化层5和金属下电极6，所述金属下电极6贯依次通过第二钝化层5和第一钝化层4，并延伸至P型硅基体1底面与P型硅基体1相接触，金属下电极6可以由铝制得，这样在P型硅基体1底面可形成铝硅合金。
[0046] 其中，中间层7和减反射层11为ITO薄膜、TCO薄膜、FTO薄膜或AZO薄膜；所述电子传输层10由TiO2、SnO2或ZnO制得；所述空穴传输层8由Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT制得，上述材料均为空穴传导材料，空穴传导材料也可选用
现有技术中的材料，例如，空穴传输材料可采用
申请号为“201811304172.2”的发明
专利申请中记载的小分子空穴传输材料，空穴传输材料还可采用申请号为“201811178363.9”的发明专利申请中记载的无机空穴传输材料；所述钙钛矿薄膜层9由ABX3型钙钛矿材料制得，所述ABX3型钙钛矿材料为碘化甲胺、碘化甲脒、溴化甲胺、溴化铅、碘化铅或氯化甲胺。
[0047] 实施例2
[0048] 本实施例提供一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制造方法及由该方法制得的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池。
[0049] 如图1所示，一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0050] 步骤一：制绒，以P型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，所用制绒溶液按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃，然后在质量分数为2％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到P型硅基体1；
[0051] 步骤二：薄膜沉积，采用LPCVD设备或PECVD设备在P型硅基体1一侧沉积一层二氧化硅，得到隧穿氧化硅薄膜2，隧穿氧化硅薄膜2的厚度为1nm，再在隧穿氧化硅薄膜2表面沉积一层微晶硅薄膜，采用热扩散的方法，对微晶硅薄膜进行掺杂，形成n型多晶硅薄膜3，然后用HF溶液去除表面的磷硅酸玻璃，所述HF溶液的质量分数为5％；
[0052] 步骤三：钝化层生长，利用ALD或者PECVD方式在P型硅基体1远离隧穿氧化硅薄膜2的一侧生长形成第一钝化层4，再采用PECVD的方式在第一钝化层4表面生长形成第二钝化层5；
[0053] 步骤四：下电极制备，在第一钝化层4和第二钝化层5上激光开槽，裸露出P型硅基体1，印刷铝浆形成金属下电极6，从而得到底层电池；
[0054] 步骤五：中间层沉积，在n型多晶硅薄膜3表面出沉积一层用于连接底层电池和顶层电池的透明导电薄膜，得到中间层7；
[0055] 步骤六：空穴传输层形成，在中间层7表面旋涂Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT，并在手套箱中固化，形成空穴传输层8；
[0056] 步骤七：钙钛矿薄膜层形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层8上，进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层9；
[0057] 步骤八：电子传输层形成，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到钙钛矿薄膜层9上，在450℃条件下煅烧，形成电子传输层10；
[0058] 步骤九：减反射层及上电极形成，在电子传输层10表面沉积一层减反射层11，再在减反射层11上采用真空蒸镀设备蒸镀金电极，形成上电极12，得到叠层太阳电池。
[0059] 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的具体结构与实施例1中的完全相同，故在此不再赘述。
[0060] 实施例3
[0061] 本实施例提供一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制造方法及由该方法制得的新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池。
[0062] 如图1所示，一种新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0063] 步骤一：制绒，以P型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，所用制绒溶液按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃，然后在质量分数为4％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到P型硅基体1；
[0064] 步骤二：薄膜沉积，采用LPCVD设备或PECVD设备在P型硅基体1一侧沉积一层二氧化硅，得到隧穿氧化硅薄膜2，隧穿氧化硅薄膜2的厚度为1.5nm，再在隧穿氧化硅薄膜2表面沉积一层微晶硅薄膜，采用热扩散的方法，对微晶硅薄膜进行掺杂，形成n型多晶硅薄膜3，然后用HF溶液去除表面的磷硅酸玻璃，所述HF溶液的质量分数为8％；
[0065] 步骤三：钝化层生长，利用ALD或者PECVD方式在P型硅基体1远离隧穿氧化硅薄膜2的一侧生长形成第一钝化层4，再采用PECVD的方式在第一钝化层4表面生长形成第二钝化层5；
[0066] 步骤四：下电极制备，在第一钝化层4和第二钝化层5上激光开槽，裸露出P型硅基体1，印刷铝浆形成金属下电极6，从而得到底层电池；
[0067] 步骤五：中间层沉积，在n型多晶硅薄膜3表面出沉积一层用于连接底层电池和顶层电池的透明导电薄膜，得到中间层7；
[0068] 步骤六：空穴传输层形成，在中间层7表面旋涂Spiro-OMeTAD、Spiro-TTB或PEDOT，并在手套箱中固化，形成空穴传输层8；
[0069] 步骤七：钙钛矿薄膜层形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层8上，进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层9；
[0070] 步骤八：电子传输层形成，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到钙钛矿薄膜层9上，在470℃条件下煅烧，形成电子传输层10；
[0071] 步骤九：减反射层及上电极形成，在电子传输层10表面沉积一层减反射层11，再在减反射层11上采用真空蒸镀设备蒸镀金电极，形成上电极12，得到叠层太阳电池。
[0072] 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池的具体结构与实施例1中的完全相同，故在此不再赘述。
[0073] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
[0074] 尽管本文较多地使用了P型硅基体1、隧穿氧化硅薄膜2、n型多晶硅薄膜3、第一钝化层4、第二钝化层5、金属下电极6、中间层7、空穴传输层8、钙钛矿薄膜层9、电子传输层10、减反射层11、上电极12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
