[發明專利]一種鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202011490605.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112614939B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 羅偉;龐茂印;曹原;任輝彩;孫德生;馮顯國
• 申請（專利權）人: 中節能萬潤股份有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48;H01L31/0687;H01L31/18
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 高峰

本發明公開了一種鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池，包括底電池P型晶體硅和頂電池鈣鈦礦電池，由下向上依次為背電場、鈍化層、P型基體，N型層、中間層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層、緩沖層、透明電極層和上電極，所述背電場和鈍化層連接有背電極，中間層為摻雜有鐿離子和鉺離子的ITO層。本發明的有益效果是：本發明在鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池中間層中摻雜具有上轉換效應的離子，能將鈣鈦礦電池不能吸收的長波長光轉換為可以吸收的可見光，反射的部分可重新被鈣鈦礦層吸收，而透射的部分經過晶硅時可被晶硅吸收，從而提高了電池的短路電流，提高電池的發電效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池，尤其涉及一種鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池具有綠色環保、儲能豐富等優點，被譽為最有前途的綠色能源。鈣鈦礦太陽能電池因具有低成本、易制備和優異的光電轉化性能等優點而在國際上備受關注，并且發展迅速，電池轉化效率已從2009年的3.8％提升到2016年的22.1％，鈣鈦礦材料也被認為是下一代低成本太陽能電池的光吸收材料。由于鈣鈦礦和硅具有不同的帶隙，為了充分利用太陽光譜，鈣鈦礦太陽能電池可作為頂電池與硅電池形成疊層太陽能電池，即鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池。這種鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池既拓寬了電池的光譜響應范圍，提高了太陽能電池效率，又降低了制備成本。但鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池在光電轉換過程中仍存在多方面的光學損失，減小了短路電流，在很大程度上限制了電池效率的提升。

發明內容

本發明針對現有鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池短路電流低和發電效率低的問題，提供一種鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池，該電池包括底電池P型晶體硅和頂電池鈣鈦礦電池，由下向上依次為背電場、鈍化層、P型基體，N型層、中間層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層、緩沖層、透明電極層和上電極，所述背電場和鈍化層連接有背電極。其中，中間層為摻雜有鐿離子和鉺離子的ITO層。

進一步，所述背電場的厚度為50-110μm，所述鈍化層厚度為10-100nm，所述P型基體厚度為100-200nm，N型層厚度為0.1-5nm，所述中間層厚度為5-20nm，所述空穴傳輸層的厚度為5-30nm，所述鈣鈦礦吸收層的厚度為400-500nm，所述電子傳輸層的厚度為50-80nm，所述緩沖層的厚度為10-15nm，所述背電極的厚度為15-50μm，所述透明電極層厚度為10-50nm，所述上電極的厚度為15-50μm。

本發明鈣鈦礦晶硅疊層太陽能電池的制備方法為：

1)制備P型基體：將P型硅片浸泡于堿性溶液中，除去損傷層并拋光；

2)形成N型層：在管式反應爐內，以三氯氧磷為摻雜劑進行擴散，在P型基體正面形成N型層；

3)刻蝕：采用濕法刻蝕去掉P型基體背面的磷硅玻璃和背結；

4)形成鈍化層：采用PECVD方法在P型基體背面形成SiN_x鈍化層，激光刻蝕去掉部分SiN_x鈍化層，使部分P型硅裸露；

5)印刷背電極和背電場：在鈍化層上采用絲網印刷背電極和背電場，燒結后形成底電池；

6)形成中間層：采用磁控濺射摻雜鐿離子和鉺離子的透明導電氧化物ITO作為中間層，設置在N型層之上；

7)空穴傳輸層的制備：將NiO_x納米顆粒加入溶劑中超聲分散，配制成懸濁液，作為第一前驅液，將中間層朝上涂布第一前驅液，加熱退火處理，自然冷卻至室溫，形成空穴傳輸層；

8)鈣鈦礦吸收層的制備：將鹵化鉛和鹵化甲基胺溶于有機溶劑中，配制成第二前驅液，得鈣鈦礦前驅液，將鈣鈦礦前驅液涂布在空穴傳輸層上，退火處理后得鈣鈦礦吸收層；

9)電子傳輸層的制備：將富勒烯衍生物溶于氯苯，加熱攪拌溶解制得第三前驅液，將第三前驅液涂布在鈣鈦礦吸收層上，退火處理后得電子傳輸層；