[發明專利]一種鈣鈦礦/晶硅疊層電池及其制備方法

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• 申請號: 202110436019.0
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113206123A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 譚海仁;羅昕;羅皓文
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L27/30
• 分類號: H01L27/30;H01L27/28;H01L31/0216;H01L31/02;H01L31/0725;H01L31/0747;H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48;H01L31/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發明公開了一種鈣鈦礦/晶硅疊層電池及其制備方法，屬于太陽能電池領域。該疊層電池包括鈣鈦礦頂電池和隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）硅底電池，從受光正面至背面依次為：頂電極、透明導電層、緩沖層、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、n型摻雜多晶硅層、第一隧穿氧化層、n型單晶硅基體、第二隧穿氧化層、p型摻雜多晶硅層、氮化硅層和底電極。本發明的疊層電池，通過TOPCon電池的n型摻雜多晶硅層與鈣鈦礦電池的空穴傳輸層直接形成疊層電池的隧穿結，能有效實現載流子的隧穿復合，不僅在工藝上更簡便，有效降低疊層電池制備成本，還可以減少疊層電池中隧穿結的光電損耗，提升疊層電池光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種鈣鈦礦/晶硅疊層電池及其制備方法。

背景技術

隨著碳中和、節能減排成為國際社會的主流趨勢，光伏發電作為清潔新能源中的重要一環獲得了原來越多的關注。其中新型有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有低成本、易制備和帶隙在1.2-2.0 eV可調節等優異的光電性能，近幾年發展迅速。單結鈣鈦礦電池的光電轉換效率已從2009年的3.8 %提升到2021年的25.5 %，也被認為是最具潛力的下一代低成本太陽能電池的光吸收材料。

晶硅電池是目前光伏市場占有率最高的產品。隧穿氧化層鈍化接觸（TunnelOxide Passivated Contact，TOPCon）太陽能電池是一種基于選擇性載流子原理的新型鈍化接觸太陽能電池，其電池結構為N型硅襯底電池，在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜多晶硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構，有效降低表面復合和金屬接觸復合。據計算TOPCon理論效率可達28.7 %，電池效率仍具有較大的提升空間。

當前，鈣鈦礦/TOPCon疊層太陽能電池是突破單結太陽能電池效率極限的有效途徑。通過使用1.50-1.75 eV寬帶隙的鈣鈦礦作為頂電池吸收短波長部分的太陽光，使用1.12eV窄帶隙的TOPCon硅電池作為底電池吸收長波長部分的太陽光，可提高太陽光譜的利用率，降低單結電池中載流子的熱弛豫損失，從而提高光電轉換效率。

但是，典型鈣鈦礦/TOPCon疊層太陽能電池仍存在不少缺陷。一方面，鈣鈦礦/TOPCon疊層電池中的隧穿結往往通過插入隧穿復合層形成，隧穿復合層采用透明導電氧化物(TCO)。如：CN 110867516 A公開的鈣鈦礦和晶硅背鈍化疊層太陽電池，其中間層為透明導電薄膜；CN210668381 U公開的硅基疊層太陽電池，其復合層的材料為氧化銦錫、氟摻雜的氧化錫、氧化銦鋅或者鋁摻雜的氧化鋅。但這類透明導電薄膜成本較高，且橫向電阻較小，存在橫向漏電嚴重等缺點，因此需要尋找成本更低、性能更優異的隧穿結結構。

另一方面，鈣鈦礦/TOPCon疊層電池中的TOPCon底電池往往采用單面鈍化，即只在單晶硅背光面進行隧穿氧化層鈍化接觸，正面摻雜p型單晶硅形成單結電池。該單極性TOPCon電池制備工藝繁瑣，表面缺陷較多引起效率損失，只與正式鈣鈦礦結構疊層兼容。為進一步鈍化缺陷，提升效率且兼容穩定的鈣鈦礦工藝，新型的雙面鈍化工藝以及疊層器件結構需要被開發。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈣鈦礦/雙面鈍化TOPCon晶硅疊層電池，通過n型摻雜多晶硅層與空穴傳輸層直接形成隧穿結，能有效實現載流子的隧穿復合，不僅在工藝上更簡便，還有效降低了成本，提升疊層電池的轉換效率。

為了實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種鈣鈦礦/晶硅疊層電池，包括鈣鈦礦頂電池和TOPCon硅底電池，從受光正面至背面依次為：頂電極、透明導電層、緩沖層、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、n型摻雜多晶硅層、第一隧穿氧化層、n型單晶硅基體、第二隧穿氧化層、p型摻雜多晶硅層、氮化硅層和底電極。

進一步地，所述頂電極為柵線電極，底電極為柵線電極或全面積電極。