本發(fā)明所屬疊層光伏領(lǐng)域，具體涉及一種基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、在鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池的制備中，微米級(jí)制絨硅電池的應(yīng)用至關(guān)重要。相較于平面硅電池或納米級(jí)小絨面硅電池，微米級(jí)制絨硅電池與產(chǎn)業(yè)的兼容性更好，其本身的陷光性能更為出色，所制備的疊層潛在成本更低。然而，其表面微米級(jí)尺寸的金字塔織構(gòu)對(duì)空穴傳輸層和鈣鈦礦吸收層的保形沉積具有較大挑戰(zhàn)，使用氣相沉積法制備得到的功能層性能局限性較大，且薄膜品質(zhì)相較于溶液法較差，這使得現(xiàn)階段基于該結(jié)構(gòu)制絨硅的鈣鈦礦-硅疊層電池的光電轉(zhuǎn)化效率較低，遠(yuǎn)落后于小絨面硅-鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池的效率。

2、然而，直接使用溶液法制備的鈣鈦礦層在通常情況下載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度小于1μm，并且1μm厚的鈣鈦礦并沒(méi)辦法在微米級(jí)尺寸的制絨硅表面實(shí)現(xiàn)全覆蓋；通過(guò)提高鈣鈦礦前驅(qū)體溶液濃度等實(shí)現(xiàn)更厚的鈣鈦礦層沉積并具備匹配的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，在現(xiàn)階段面臨的工藝挑戰(zhàn)是巨大的，其薄膜的缺陷往往較多。無(wú)論是物理氣相沉積鈣鈦礦還是溶液法沉積厚膜的鈣鈦礦，均不利于鈣鈦礦-硅疊層電池大規(guī)模的生產(chǎn)；且理論上，上述方法制備的鈣鈦礦吸收層缺陷較多，會(huì)造成對(duì)疊層電池性能及穩(wěn)定性的極大影響。因此，使用電介質(zhì)層對(duì)制絨硅表面進(jìn)行重構(gòu)形成局部接觸結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)1μm左右全溶液法鈣鈦礦吸收層的覆蓋沉積，對(duì)提高基于微米級(jí)制絨硅的鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池的光電性能及其商業(yè)化至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)基于微米級(jí)制絨硅的二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)化效率低下的問(wèn)題，本發(fā)明旨在提出一種基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池及制備方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池，所述的基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池以表面設(shè)有一電介質(zhì)層的微米級(jí)制絨硅電池為底部電池、鈣鈦礦太陽(yáng)電池為頂部電池疊層構(gòu)成；所述微米級(jí)制絨硅電池采用的是商業(yè)化微米級(jí)制絨的異質(zhì)結(jié)硅電池，且所述微米級(jí)制絨硅電池表面由堿制絨所形成的金字塔的深度為1微米以上，所述電介質(zhì)層的材質(zhì)為納米氧化硅，電介質(zhì)層形成后，所述微米級(jí)制絨硅電池表面由堿制絨所形成的金字塔的深度小于1微米，通過(guò)表面用電介質(zhì)層重構(gòu)微米級(jí)制絨硅電池表面并形成局部接觸結(jié)構(gòu)。

4、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，將納米氧化硅分散液滴在微米級(jí)制絨硅上，旋涂使得納米氧化硅沉積在微米級(jí)制絨硅表面上由堿制絨所形成的金字塔谷底位置并形成一定厚度的介質(zhì)層，隨后將樣品在加熱臺(tái)上80-150℃熱處理5-10min。旋涂條件是：在2000-5000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂25-40s。

5、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述納米氧化硅分散液質(zhì)量濃度為3-7mg/l。

6、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述微米級(jí)制絨硅電池為異質(zhì)結(jié)硅電池，從下至上依次包括：金屬電極層、透明導(dǎo)電層、非晶鈍化層、p型非晶硅層、n型硅片、n型非晶硅層、非晶鈍化層和隧穿層(中間復(fù)合層)；所述鈣鈦礦太陽(yáng)電池從下至上依次包括：空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層、緩沖層、透明導(dǎo)電層和減反層。即：所述基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池為反型器件，從下至上包括：金屬電極層(優(yōu)選為銀)、透明導(dǎo)電層、非晶鈍化層、p型非晶硅層、n型硅片、n型非晶硅層、非晶鈍化層、隧穿層(中間復(fù)合層)、空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層、緩沖層、透明導(dǎo)電層和減反層。

7、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述鈣鈦礦太陽(yáng)電池采用的鈣鈦礦活性層為csxmayfa1-x-ypbizbr3-z，帶隙為1.45-1.80ev，制得的鈣鈦礦膜的厚度為800-2000nm。

8、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的中間復(fù)合層為ito、izo、azo或ag/au等薄層金屬，其方塊電阻為100～1000ω/□，透光率為80～95％，中間復(fù)合層的厚度為1～60nm。

9、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的空穴傳輸層為氧化鎳、ptaa或自組裝單分子層材料(sams)如2pacz、meo-4pacz等，厚度為5～50nm。

10、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的電子傳輸層為c60，厚度為5～20nm。

11、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述緩沖層為bcp或氧化錫，厚度為5～20nm。

12、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的透明導(dǎo)電層為ito或izo，厚度為80～140nm。

13、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述減反層為lif或mgfx，厚度為50～200nm。

14、基于相同的原理，本發(fā)明還提供了一種所述的基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池的制備方法，包括：

15、在含中間復(fù)合層的微米級(jí)制絨硅電池表面制備電介質(zhì)層；

16、再在電介質(zhì)層表面制備空穴傳輸層，隨后采用溶液法制備鈣鈦礦活性層；本發(fā)明通過(guò)使用特定電介質(zhì)層重構(gòu)微米級(jí)制絨硅表面，不僅維持/改善了制絨硅的陷光優(yōu)勢(shì)，同時(shí)構(gòu)建了新型的局部接觸的疊層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全溶液法高品質(zhì)的鈣鈦礦吸收層沉積，降低了鈣鈦礦薄膜中的非輻射復(fù)合中心的密度；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了空穴傳輸層的大面積覆蓋，抑制了埋底界面的漏電。

17、最后在鈣鈦礦活性層表面依次制備電子傳輸層、緩沖層、透明導(dǎo)電層和減反層獲得所述的基于微米級(jí)制絨硅的新結(jié)構(gòu)二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池。

18、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在含中間復(fù)合層的微米級(jí)制絨硅電池表面制備電介質(zhì)層具體制備方法如下：

19、(1)將納米氧化硅溶液與去離子水混合配置成均勻的納米氧化硅分散液，其中，所述納米氧化硅分散液質(zhì)量濃度為3-7mg/ml。

20、(2)將納米氧化硅分散液旋涂在含中間復(fù)合層的制絨硅電池上，在2000-5000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂25-40s，隨后在80-150℃下預(yù)熱5-10min，得到表面重構(gòu)的硅底部電池。

21、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，采用溶液法依次在電介質(zhì)層表面制備空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層，具體如下：

22、(1)采用溶液法制備空穴傳輸層，所述的空穴傳輸層為氧化鎳、ptaa或自組裝單分子層材料，厚度為5～50nm。

23、(2)采用溶液法制備鈣鈦礦活性層，所述鈣鈦礦活性層為csxmayfa1-x-ypbizbr3-z，帶隙為1.45-1.80ev，制得的鈣鈦礦膜的厚度為800-2000nm。

24、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，ptaa和sams通過(guò)如下方法制備：

25、將0.2-1.2mg/ml的ptaa(氯苯或甲苯為溶劑)或sams(醇溶液或四氫呋喃為溶劑)溶液旋涂在硅電池襯底上，轉(zhuǎn)速為2000～5000rpm，旋涂時(shí)間為30～60s。隨后，使用加熱臺(tái)，將樣品在50～150℃下加熱10～30min。

26、在一個(gè)更具體實(shí)施方案中，sam，具體制備步驟為：

27、將0.2～1.2mg/ml溶于乙醇的sam溶液，在2000-5000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂25-40s，隨后在60-120℃下預(yù)熱5-15min，完成空穴傳輸層的制備。

28、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的空穴傳輸層為氧化鎳，通過(guò)如下方法制備：

29、將1～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化鎳納米晶水溶液旋涂在硅電池襯底上，轉(zhuǎn)速為2000～5000rpm，旋涂時(shí)間為30～60s。隨后，使用加熱臺(tái)，將樣品在100～250℃下加熱30～90min；或直接使用磁控濺射設(shè)備在20-100w的功率下，濺射一定厚度的氧化鎳層，并將樣品在100～250℃下加熱10～30min。

30、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，鈣鈦礦活性層制備方法如下：

31、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液旋涂或刮涂在基底上，利用反溶劑、吹氣或抽真空的方法使基底膜形成鈣鈦礦中間相，隨后將樣品在加熱臺(tái)上100-170℃熱處理10-60min制得前驅(qū)體膜。所述前驅(qū)體溶液由csi、mai、mabr、fai、macl、pbi2和pbbr2粉末按摩爾比溶解在混合溶劑中形成，混合溶劑為體積比為4:1的dmf與dmso混合組成，總摩爾濃度為1.2～2mol/l。

32、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，電子傳輸層為c60，其制備方法為：使用熱蒸發(fā)設(shè)備，以蒸發(fā)速度蒸5-20nm左右厚。

33、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，緩沖層可以為bcp或氧化錫，其厚度為5～20nm，其中bcp層采用物理氣相沉積的方法制備，氧化錫層采用原子層氣相沉積設(shè)備制備；緩沖層材料也可以為0.5-1nm厚的薄層ag或au，采用物理氣相沉積的方法制備。

34、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，透明導(dǎo)電層為ito或izo，其厚度為80～140nm，采用磁控濺射方法制備。

35、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，減反層為lif或mgfx，其厚度為50～200nm，采用物理氣相沉積的方法制備。

36、在一個(gè)具體實(shí)施方案中，制備器件的環(huán)境濕度≤50％。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

38、通過(guò)使用特定電介質(zhì)層重構(gòu)微米級(jí)制絨硅表面，不僅維持/改善了制絨硅的陷光優(yōu)勢(shì)，同時(shí)構(gòu)建了新型的局部接觸的疊層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全溶液法高品質(zhì)的鈣鈦礦吸收層沉積，降低了鈣鈦礦薄膜中的非輻射復(fù)合中心的密度；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了空穴傳輸層的大面積覆蓋，抑制了埋底界面的漏電，該方法可以同時(shí)有效地提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率、短路電流密度及開(kāi)路電壓。本發(fā)明中利用電介質(zhì)層對(duì)制絨硅的表面重構(gòu)提高鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池光電性能的制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)于制備高效、低成本的二端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)電池具有重要的實(shí)用價(jià)值。