[發(fā)明專利]一種疊層太陽電池及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113013277A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏銳;陳藝綺;王堯;劉成法;鄒楊;陳達明;陳奕峰
• 申請（專利權(quán)）人: 天合光能股份有限公司
• 主分類號: H01L31/078
• 分類號: H01L31/078;H01L31/18;H01L31/20;H01L31/0216;H01L51/42;H01L51/48;H01L51/44
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種疊層太陽電池及其制備方法，所述的太陽電池包括層疊設(shè)置的TOPCon電池和鈣鈦礦太陽電池；所述的TOPCon電池包括硅片層，所述硅片層的一側(cè)表面層疊設(shè)置有擴散硅層和鈍化層，所述硅片層的另一側(cè)表面層疊設(shè)置有隧穿層和多晶硅層；所述多晶硅層遠離隧穿層的表面與所述鈣鈦礦太陽電池遠離電極的一側(cè)貼合。本發(fā)明以TOPCon電池倒置作為底電池，并在TOPCon電池的背面生長鈣鈦礦太陽電池，具有結(jié)構(gòu)簡單、方便制備、成本低和光電光電轉(zhuǎn)化效率高等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及疊層太陽電池，尤其涉及一種疊層太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)

提高能量轉(zhuǎn)換效率，同時降低器件的成本是太陽電池技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。目前太陽電池的研究與實際應(yīng)用以單節(jié)器件為主，以晶體硅太陽電池為例，其實驗室效率已達到27.6％，接近其極限理論效率30％，然而進一步提升效率難度較大。晶體硅材料帶隙為1.12eV，不能合理利用太陽光譜中短波長的光，若能將晶體硅太陽電池作為基底，繼續(xù)沉積帶隙較寬的頂電池構(gòu)成疊層電池，就能更大限度地利用太陽能，拓寬光譜響應(yīng)，提高器件的效率。

有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料兼具優(yōu)良的光吸收和電傳導(dǎo)性能，此外還具有成本低廉、制備簡便且多樣等優(yōu)點，以該材料為吸收層制備的鈣鈦礦太陽電池具有極大的商業(yè)化應(yīng)用前景。另外，通過改變鈣鈦礦材料的組分，可實現(xiàn)其帶隙在1.5至2.3eV范圍內(nèi)的可控調(diào)節(jié)，若以晶體硅底電池為基底，制備較寬帶隙的鈣鈦礦太陽頂電池形成良好的光譜匹配，獲得鈣鈦礦/晶體硅兩端疊層太陽電池，能在成本增加甚微的前提下，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的顯著提高，且疊層電池的理論效率可達44％，具有極大的研究潛力和上升空間。

目前報道的絕大多數(shù)鈣鈦礦/晶體硅兩端疊層電池技術(shù)所使用晶體硅電池類型為異質(zhì)結(jié)太陽電池(HIT)，英國OXFORD PV公司制備的鈣鈦礦/HIT疊層電池認證效率已達到29.5％。HIT底電池具有高開路電壓高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢，然而，其材料及設(shè)備成本昂貴，工藝條件要求苛刻，距離大規(guī)模量產(chǎn)還有一定距離。同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的隧穿氧化層鈍化接觸太陽電池(TOPCon)，通過在器件背面制備一層超薄的隧穿氧化層和一層高摻雜的多晶硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，能有效地阻擋少子空穴復(fù)合，從而提升電池開路電壓及短路電流。與PERC相比，TOPCon目前擁有更高的器件效率及效率提升空間，并且其電池制備與現(xiàn)有量產(chǎn)工藝兼容。

CN111987184A公開了一種疊層電池結(jié)構(gòu)，包括頂電池單元、底電池單元以及位于所述頂電池單元與所述底電池單元之間的中間層；所述中間層構(gòu)造為p+/n+雙層晶硅薄膜組成的隧穿結(jié)；所述頂電池單元包括在自遠離至靠近所述中間層方向上依次層疊設(shè)置的電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層和在所述電子傳輸層上設(shè)有的正面電極；所述底電池單元為PERC太陽能電池；該發(fā)明通過采用納米硅隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)可以獲得良好的鈣鈦礦電池性能，具有光電轉(zhuǎn)換效率高等特點。

CN110649111A公開了一種疊層式太陽能電池，包括從上至下依次層疊設(shè)置的減反層、上電池、界面層、下電池及下電極，所述減反層的上表面等間距地開設(shè)有至少3個槽體，每個所述槽體中均電連接有前電極，所述上電池中含有鈦礦結(jié)構(gòu)材料。該發(fā)明由于其層疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計可以獲得更高的開路電壓，并且上、下電池分別吸收不同波長范圍的太陽光，能夠最大程度地提高太陽光的利用率，提升短路電池，因此可以獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。

現(xiàn)有太陽電池均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高和光電轉(zhuǎn)化效率低的問題，因此，如何在保證太陽電池具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低的情況下，還具有光電轉(zhuǎn)化效率高和制備工藝簡單等特點，成為目前迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種疊層太陽電池及其制備方法，以TOPCon電池為底電池，保證TOPCon電池正面部分的工序完整，在背面依次生長鈣鈦礦頂太陽電池，使本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低和轉(zhuǎn)換效率高等特點。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：