[發明專利]正交叉指全背接觸鈣鈦礦太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010118785.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111293222A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 李躍龍;侯國付;趙穎;張曉丹
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 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

本發明公開了一種正交叉指全背接觸鈣鈦礦太陽電池結構。該結構從下到上依次是：1)襯底；2)正電極；3)空穴傳輸層；4)絕緣隔離層；5)負電極；6)電子傳輸層；7)鈣鈦礦吸收層；8)鈍化層；9)減反保護層。其特征在于正電極和負電極均在電池的背光面，正交排列但不相連，通過絕緣材料填充等方式進行相互隔斷。鈣鈦礦吸收層可采用多晶或單晶鈣鈦礦材料；鈍化層采用PMMA、PEAI等化合物減少鈣鈦礦吸收層表界面缺陷及其載流子復合；減反保護層為低折射率致密薄膜或絨面結構減反膜。本發明公開的太陽電池結構可以避免迎光面電極的遮光損失和電荷傳輸層或襯底的寄生吸收，提高鈣鈦礦太陽電池轉換效率，并改善太陽電池外觀。

技術領域

本發明涉及一種太陽電池，特別是關于一種正交叉指全背接觸鈣鈦礦太陽電池。

技術背景

化石能源的日益枯竭及其使用帶來的環境污染問題促進了可再生能源的迅速發展。太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔可再生能源，而光伏太陽電池是利用太陽能的主要方式之一。太陽電池以其安全可靠、無噪聲、無枯竭危險、不受資源分布地域限制等諸多優勢而受到重視。

2009年，首個基于有機/無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的太陽電池效率僅為3.8％，但在短短十年內其效率已經超過25％，而且可以采用低成本的溶液法來制備，在高效率和低成本方面都顯示出巨大的潛力。當前，鈣鈦礦太陽電池基本上均采用電子傳輸層和空穴傳輸層位于鈣鈦礦吸收層兩側的三明治結構，無論光從電子傳輸層或從空穴傳輸層入射，載流子傳輸層或透明導電襯底存在不可避免的寄生吸收，同時迎光面的金屬電極也存在遮光的問題，限制了太陽電池對光的收集效率，進而阻礙太陽電池轉換效率的提升。

繼續提高鈣鈦礦太陽電池的效率，除了提升材料的光電性能和改善界面接觸外，新型器件結構的設計也是提高光的利用率和電池性能的重要途徑。目前，多晶鈣鈦礦中載流子擴散長度達到幾個微米，而利用溶液法生長的MAPbI₃單晶的載流子擴散長度超過了175μm，另外據報道基于CH₃NH₃PbI_3-xCl_x鈣鈦礦單晶光生載流子擴散長度超過569μm，而且隨著技術不斷進步，鈣鈦礦中載流子擴散長度還將進一步增長，這為鈣鈦礦太陽電池新型器件結構的設計和實現奠定了基礎。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種正交叉指全背接觸鈣鈦礦太陽電池，將正電極/空穴傳輸層和負電極/電子傳輸層均放置在電池的背光面來構成全全背接觸結構，鈣鈦礦前表面采用鈍化層降低表面缺陷及其導致的載流子復合，采用低折射率的致密薄膜或絨面結構減反膜減小入射光的反射，并保護鈣鈦礦吸收層。該結構的太陽電池完全避免了傳統三明治結構中電子傳輸層或空穴傳輸層、和透明導電襯底的寄生吸收，以及金屬柵線電極對光的遮擋，能有效提高光的利用率，從而提升鈣鈦礦太陽電池的轉換效率。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：