[發明專利]一種疊層電池及其制作方法

在審

• 申請號: 202011073513.7
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112259686A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 徐琛
• 申請（專利權）人: 隆基綠能科技股份有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L31/20;H01L31/0747;H01L31/0725;H01L51/48
• 代理公司: 北京知迪知識產權代理有限公司 11628
• 代理人: 付珍;王勝利

本發明公開一種疊層電池及其制作方法，涉及光伏技術領域，以提高疊層電池的空穴傳輸性能。該疊層電池包括底電池、形成在底電池上的空穴傳輸層、形成在空穴傳輸層上的鈣鈦礦吸收層以及形成在鈣鈦礦吸收層上方的透明導電層。空穴傳輸層的材料包括p型銅鐵礦結構的半導體材料，在背離底電池的方向上，空穴傳輸層的價帶頂能級逐漸降低，兼具載流子傳輸和載流子復合雙重功能，以實現簡化的電池結構和優化光電轉換效率的功能。本發明提供的疊層電池及其制作方法用于疊層電池的生產制造。

技術領域

本發明涉及光伏技術領域，尤其涉及一種疊層電池及其制作方法。

背景技術

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池作為新型高效率、低成本太陽能電池在全世界范圍內被廣泛關注。短短幾年時間里，鈣鈦礦電池的光電轉換效率從2009年的3.8％迅速攀升到超過25％以上，已接近商業化硅基太陽能電池的效率。

為了進一步提高光伏電池轉換效率，可以將多個不同帶隙的太陽能電池通過隧穿復合層串聯起來。鈣鈦礦太陽能電池具有較寬的帶隙，可以作為疊層電池的頂電池。當鈣鈦礦太陽能電池與具有絨面結構的底電池層疊在一起時，如何提高空穴傳輸層的空穴傳輸性能，進而提高疊層電池的填充因子和轉換效率，成為疊層電池的一個重點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種疊層電池，以提高疊層電池的空穴傳輸性能。

第一方面，本發明提供一種疊層電池。該疊層電池包括底電池、形成在底電池上的空穴傳輸層、形成在空穴傳輸層上的鈣鈦礦吸收層以及形成在鈣鈦礦吸收層上方的透明導電層。該空穴傳輸層的材料包括p型銅鐵礦結構的半導體材料，在背離底電池的方向上，空穴傳輸層的價帶頂能級逐漸降低。

采用上述技術方案時，形成在底電池上的空穴傳輸層，其材料包括p型銅鐵礦結構的半導體材料。與此同時，在背離底電池的方向上，空穴傳輸層的價帶頂能級逐漸降低，此時，空穴傳輸層靠近底電池的表面價帶頂能級與底電池表面導帶能級較接近，可以替代隧穿復合層的p型重摻雜層與底電池上的n型重摻雜層構成隧穿復合界面，從而省略疊層電池的隧穿復合層，簡化疊層電池的工藝，降低工藝難度，且和隧穿復合層的結構相比，減少了空穴傳輸層和隧穿復合層的接觸界面，減少了載流子的界面復合。此外，空穴傳輸層的梯度能級有利于空穴載流子的傳輸，從而提高了太陽能電池的光電轉換效率。

在一些可能的實現方式中，上述p型銅鐵礦結構的半導體材料的化學通式為ABC_x，包括Cu⁺、Ag⁺、Pd⁺、Sr⁺、Pt⁺中的一種或多種，B包括B³⁺、Al³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺及三價稀土陽離子中的一種或多種，C為氧族元素，包括O、S、Se、Te中的一種或多種，x在1.95-2.6之間。

采用上述技術方案時，上述A離子的可極化程度與形成鈣鈦礦吸收層的鈣鈦礦材料中的鹵素離子的可極化性較接近，從而具有較強的配位作用力，能夠降低空穴傳輸層與鈣鈦礦吸收層之間的界面接觸缺陷，提高界面接觸性能，進而提高疊層電池的空穴傳輸能力和光電轉換效率。

在一些可能的實現方式中，上述空穴傳輸層在厚度方向上具有變化的元素分布或化學配比，使得在背離底電池的方向上，空穴傳輸層的價帶頂能級逐漸降低。在實際應用中，可以通過對空穴傳輸層含有的元素以及元素分布情況、化學配比進行調控，從而制作價帶頂能級逐漸降低的空穴傳輸層。

在一些可能的實現方式中，上述空穴傳輸層的厚度為5nm～100nm。

在一些可能的實現方式中，上述空穴傳輸層的價帶頂能級變化范圍為-4.5eV～-5.4eV。