[發明專利]一種硅/鈣鈦礦三端疊層太陽電池結構以及制備方法

在審

• 申請號: 202110515334.2
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN115347071A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 楊穎;周玉榮;尚佳丞;王琦
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/028;H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/18;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種硅/鈣鈦礦三端疊層太陽電池結構以及其制備方法，該硅/鈣鈦礦三端疊層太陽電池包括鈣鈦礦頂層太陽電池單元和背接觸硅太陽電池單元。鈣鈦礦頂層太陽電池單元的結構從上到下依次設置為第一金屬電極層，第一減少反射層、第一透明導電氧化物層、第一透明氧化物緩沖層、第一傳輸層、第一鈍化層，鈣鈦礦吸收層和第二傳輸層。本發明的硅/鈣鈦礦三端疊層太陽電池的硅底電池和鈣鈦礦頂電池為三端疊層電池結構，不受兩端疊層電池需要滿足電流匹配的要求，能夠獲得比子電池更高的光電轉換效率，且制備工藝簡單，制備成本低。

技術領域

本發明涉及太陽電池結構設計和生產制備技術領域，尤其涉及硅/鈣鈦礦疊層電池的結構以及制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽電池是近年來光伏領域的研究熱點，在短短10年時間里其效率由不到3%提升到25.5%，是效率提升最快的太陽電池。鈣鈦礦材料及其器件不僅擁有綜合性能良好、消光系數高、帶隙寬度合適、開路電壓較高等物理學特性上的優點，在生產制備上它結構簡單，制備條件溫和并且制備過程簡便，因此受到廣泛關注。

受限于SQ理論效率極限，大幅度提升單結晶硅或鈣鈦礦電池效率都已不易，而將兩者結合形成疊層電池則有望使轉換效率突破單結電池的SQ極限。硅大部分將太陽光的紅外/近紅外轉化為電能，而鈣鈦礦化合物則主要利用光譜的可見光部分。因此，由硅和鈣鈦礦制成的疊層太陽能電池比單獨的單個電池可實現更高的效率。

目前研究報道的鈣鈦礦/硅疊層電池一般采用頂、底電池串聯的兩端結構，或頂、底電池相互獨立的四端結構，如圖1和圖2所示。根據電池的理論極限效率隨頂電池吸光層帶隙的變化關系，兩端電池的頂電池吸光層最佳帶隙為1.73eV，三端和四端電池的頂電池吸光層最佳帶隙都為1.8eV。

如圖1所示，具有兩端硅/鈣鈦礦疊層電池結構示意圖。兩端電池從上到下依次包括包含金屬電極A，透明導電層B，鈣鈦礦吸收層C，隧穿層D，硅電池E和背電極F。兩端電池的理論極限效率隨頂電池的帶隙變化明顯，因此需要摻雜調控鈣鈦礦材料的帶隙在1.6-1.8eV左右。并且兩端電池結構中的透明導電層和發射極，背場層有一定的寄生吸收，會影響器件效率。并且由于頂電池和底電池是串聯的結構，需要合理分配光譜， 使頂、底電池電流匹配，達到最大輸出電流，即兩個子電池之間會互相限制，最終的輸出電流以電流較小的子電池為基準，因此對鈣鈦礦材料的選擇和厚度等條件有一定的限制。

如圖2所示，具有四端硅/鈣鈦礦疊層電池結構示意圖。四端結構包含兩個機械堆疊的子電池結構，兩個子單元獨立放置并連接, 可以獨立地保持在最大功率點，頂、底電池之間通過具有高效率的隧穿結連接，能夠讓更多的光子到達底電池。頂電池從上到下主要包含透明導電層B，鈣鈦礦吸收層C，透明導電層G。底電池從上到下主要包含金屬電極H，透明導電層K，硅電池E和背電極F。四端電池的兩個子電池在準備過程中互不影響，且不需要滿足電流匹配的條件。但是四端電池的頂電池的兩面和底電池的受光面都要使用透明導電層作為電極材料，不利于電池成本的降低。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種制備三端疊層太陽電池的結構以及制備方法，通過以背接觸晶硅太陽電池為底電池，結合寬帶隙鈣鈦礦頂電池來制備三端疊層電池。

此結構的三端疊層電池兼有兩端和四端疊層電池的優點，結構簡單，器件效率隨頂電池吸光層帶隙變化不敏感，是一種極具高效潛力的疊層電池方案。

本發明是這樣實現的，提供一種硅/鈣鈦礦的三端疊層電池結構及制備方法，其結構主要包括鈣鈦礦頂層太陽電池單元和硅太陽電池單元。

進一步地，鈣鈦礦電池的鈣鈦礦吸收層帶隙控制在1.6-1.8 eV左右。

進一步地，鈣鈦礦頂層太陽電池單元的結構從上到下依次設置為第一金屬電極層，第一減少反射層、第一透明導電層、第一緩沖層、第一傳輸層、第一鈍化層，鈣鈦礦吸收層和第二傳輸層。

進一步地，硅電池為背接觸硅太陽電池結構。