[發明專利]一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201910279990.X
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN111799376A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 田漢民;常衛洪;方國川
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池及其制備方法，涉及專門適用于將光能轉換為電能的半導體器件，是一種具有電子阻擋結構層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，由透明導電基底、P型薄膜晶硅層、電子阻擋結構層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構成的電子傳輸層和背電極構成，其中，在P型晶硅薄膜層與鈣鈦礦光吸收層之間加由P型氧化鎳組成的電子阻擋結構層。鈣鈦礦光吸收層與電子阻擋結構層具備相匹配的能級。本發明克服了現有技術中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池可能存在的漏電流和內部短路的缺陷，以及還可以起到保護界面的作用。

技術領域

本發明的技術方案涉及專門適用于將光能轉換為電能的半導體器件，具體地說是一種鈣鈦礦異質結太陽電池及其制備方法。

背景技術

在現有的各種新能源技術中，光伏發電無疑是最具前景的方向之一。太陽能具有綠色可持續、來源廣泛、安全穩定等優勢，有望成為傳統化石燃料的新型替代能源。薄膜晶硅與鈣鈦礦構成的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，既克服了目前普通鈣鈦礦太陽電池因使用有機空穴傳輸材料而可能出現的穩定性難以滿足室外穩定運行二十年的要求、以及存在有機空穴傳輸材料成本高的不足，又克服了常規的單晶硅、多晶硅太陽電池硅材料消耗大、成本難以與化石能源競爭的不足，還克服了非晶硅薄膜太陽電池的光電性能不夠高以及材料缺陷多而造成光電性能下降的不足。

但薄膜晶硅與鈣鈦礦構成的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的光電轉換率在各類太陽電池中并不突出，進一步提高薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的光電轉換率，具有重要的實際商用價值。影響薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的光電轉換率的重要原因是電池中鈣鈦礦光吸收層的導帶位置與P型晶硅空穴傳輸層的導帶位置相近。在光電轉換過程中，存在光吸收層中鈣鈦礦光吸收層導帶內的部分光生自由電子經過PN結界面進入P型晶硅空穴傳輸層的導帶，從而引起光生自由電子在P型晶硅空穴傳輸層內部與空穴復合，引起光電器件光電轉換性能的下降。此外，現有技術中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的P型薄膜晶硅層存在大量表面態因而引起PN結界面上產生顯著的電子空穴復合，宏觀上形成PN結漏電流。

所以，進一步提升薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的光電轉換效率并保持環保、低成本的特性，具有重要的實際商用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：本發明提供一種新結構的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池及其制備方法，是一種具有電子阻擋結構層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池及其制備方法，克服了現有技術中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池的光生自由電子進入P型晶硅空穴傳輸層內部與空穴復合導致光電轉換性能下降的缺陷，同時還能減少因P型薄膜晶硅層存在大量表面態因而引起PN結界面上產生顯著的電子空穴復合而在宏觀上形成的PN結漏電流，于是提高電池的光電性能，并保持環保、低成本的特性。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，是一種具有電子阻擋結構層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，由透明導電基底、P型薄膜晶硅空穴傳輸層、電子阻擋結構層、鈣鈦礦光吸收層、致密二氧化鈦構成的電子傳輸層和背電極構成，其中，電子阻擋結構層在P型晶硅薄膜層與鈣鈦礦光吸收層之間，由P型氧化鎳薄膜構成；其組成順序方式是：P型薄膜晶硅空穴傳輸層置于透明導電基底之上，電子阻擋結構層置于P型薄膜晶硅空穴傳輸層之上，鈣鈦礦光吸收層置于電子阻擋結構層之上，由致密二氧化鈦構成的電子傳輸層置于鈣鈦礦光吸收層之上，背電極置于由致密二氧化鈦構成的電子傳輸層之上，以上六個功能層依次疊加，構成此一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池。

上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，所述電子阻擋結構層的材料為氧化鎳(nickelous oxide)，化學式NiO。

上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，所述電子阻擋結構層的厚度為1nm～2000nm

上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質結太陽電池，所述P型薄膜晶體硅層的厚度為10～2000nm。