一种晶硅/钙钛矿叠层电池片的结构及制作方法与流程

本发明涉及光伏晶硅电池片，特别是一种晶硅/钙钛矿叠层电池片的结构及制作方法。

背景技术：

1、光伏晶硅电池片以衬底材料进行分类，可分为p型电池和n型电池。p型电池指的是以p型硅片为衬底的电池片，n型电池指n型硅片为衬底的电池片。p型硅片制作工艺简单，成本低，而n型硅片寿命较长，电池效率更高，但是工艺较复杂,成本较高。p型电池包括bsf电池、perc电池、perc+电池等,是现阶段是市场主流。n型电池包括topcon电池、hjt电池、ibc电池、hbc电池、tbc电池,其中topcon和hjt是主要的技术路线，已经开始量产,而ibc、hbc、tbc还在处于实验和验证阶段。但随着晶硅n型电池topcon、hjt、ibc等技术逐步成熟,逼近其理论光电效率转化极限,业界又在寻找新一代光伏技术。有别于晶硅电池片,另一技术路线薄膜电池中的钙钛矿电池片受到了重视,主要因为钙钛矿电池具有高光电转换效率、低成本、低能耗、应用场景广的优势。目前钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。如果只有一个钙钛矿n-i-p电池结构，就是单结钙钛矿电池,叠层钙钛矿电池片是指多只钙钛矿层可以堆叠在彼此之上，也可以堆叠在传统晶硅电池片之上，形成能够吸收更宽太阳光谱的串联电池片。钙钛矿电池片分为正型n-i-p电池和反型p-i-n电池。对比正型钙钛矿电池片，反型p-i-n钙钛矿电池片具有以下优势，可低温制备、工艺简单、稳定性好，同时能和晶硅电池片兼容，实现晶硅/钙钛矿叠层电池片的制备。hjt电池片开路电压与填充因子较高的优势,因此在晶硅/钙钛矿叠层电池片制造中应用较为广泛。

2、现有的技术中，商业化晶硅电池片通常采用金字塔绒面陷光结构(在制造太阳能电池时，需要去除硅片表面杂质，消除硅片表面损伤层；同时，为减少太阳电池表面光的反射，增加光能吸收，须在硅片表面形成凹凸形的结构，因此，会对太阳电池表面进行金字塔绒面陷光结构；具体的金字塔绒面陷光结构见图3所示),晶硅电池片金字塔绒面起伏高度通常在1～10μm,此结构能够有效增加光捕获能力,而提高晶硅电池片的短路电流密度；但是，生产晶硅/钙钛矿叠层电池片时，在这种不平坦的表面纹理结构上沉积厚度均匀的钙钛矿薄膜是一种极大的挑战。具体的，使用溶液法沉积厚度小于1μm的钙钛矿薄膜时,溶液会在金字塔之间的谷底中聚积,使金字塔的塔尖上没有覆盖溶液,导致成膜后的钙钛矿薄膜无法完全覆盖塔尖与一部份侧边,这现象容易造成电池电路短路并降低晶硅/钙钛矿叠层的光电转换效率。为了解决这问题,现有技术主要解决方案，是对晶硅电池片金字塔绒面的表面做抛光磨平处理，或是采用真空镀膜法(干试法制备)/溶液法(湿试法制备)两步制备法制备，再或者是全干法真空镀膜制备。然而,现有这些方法都会增加制程步骤,且抛光后会降低晶硅电池光电转换效率,因而，增加了晶硅/钙钛矿叠层电池片的生产成本,降低生产效率与良率。因此,如何保有晶硅电池片金字塔绒面且能提供平坦表面供给钙钛矿膜层湿试溶液法成膜,是实现低价高光电转化效能晶硅/钙钛矿叠层电池片大面积量产化的主要关键技术难题。

技术实现思路

1、为了克服现有晶硅电池片由于采用金字塔绒面陷光结构，基于结构及制备方法所限，制备晶硅/钙钛矿叠层电池片中存在如背景所述弊端，本发明提供了基于光固化树脂材料及其他辅助材料，在相关制备流程共同作用下，用于连接底部晶硅片电池(底部晶硅电池为n型晶硅类-hjt底电池)与上部钙钛矿叠层电池,树脂及其他辅助材料可以平坦化底部晶硅电池片金字塔绒面,进而实现了湿式溶液法制备钙钛矿电池片的膜层,制备出的晶硅/钙钛矿叠层电池片能实现吸收更宽太阳光谱效果、提高了光电转换效率优势，且降低了晶硅/钙钛矿叠层电池片生产成本及简化制作方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种晶硅/钙钛矿叠层电池片的结构，其特征在于，由下至上依序包括第二金属栅线电极、n型hjt晶硅电池片本体、第二tco连接层、树脂平坦层、第一tco连接层、钙钛矿电池本体、第一金属栅线电极；所述n型hjt晶硅电池片本体位于第二金属栅线电极上,第二金属栅线电极位于n型hjt晶硅电池片本体连接的背光面tco透明导电层两侧；所述n型hjt晶硅电池片本体的结构从下而上依序为背光面tco透明导电层、p型非晶硅层、本征非晶硅层、n型单晶硅层、本征非晶硅层和n型非晶硅层；所述的第二tco连接层,位于hjt晶硅电池片本体上，第二tco连接层上有树脂平坦层；所述的第一tco连接层,位于树脂平坦层上，第一tco连接层上具有钙钛矿电池本体，树脂平坦层位于第一tco连接层与第二tco连接层之间；所述钙钛矿电池本体的钙钛矿活性吸收层位于htl空穴传输层上，钙钛矿活性吸收层上具有etl电子传输层，etl电子传输层上具有界面缓冲层；所述界面缓冲层上具有迎光面tco透明导电层，迎光面tco透明导电层上具有第一金属栅线电极,第一金属栅线电极位于迎光面tco透明导电层上,第一金属栅线电极位于迎光面tco透明导电层上面中心的两侧。

4、进一步地，所述树脂平坦层的材料为具有光固化性质树脂,采用环氧树脂、丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树酯、聚氨酯丙烯酸树酯、聚酯丙烯酸树脂、氨基丙烯酸树脂中的一种或多种组合。

5、进一步地，所述第二金属栅线电极的材料为银浆、铜浆或银包铜浆中的一种或多种组合；第二tco连接层的材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡、氧化铟锌、掺锑氧化锡、掺铝氧化锌、氧化锌中的一种或多种组合，第二tco连接层是导电的透光材料。

6、进一步地，所述第一tco连接层的材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡、氧化铟锌、掺锑氧化锡、掺铝氧化锌或氧化锌中的一种或多种组合，第一tco连接层是导电的透光材料，htl空穴传输层的材料为spiro-ometad、spiro-ttb、ptaa、poly-tpd、pedot:pss、p3ht、cu2o、cuo、cucao2、cui、cuscn、niox或moox中的一种或多种组合。

7、进一步地，所述钙钛矿活性吸收层为abx3,其中a为一价阳离子,包含li锂、na钠、k钾、rb铷、cs铯、ma、fa中的一种或多种阳离子组合，b为二价阳离子,包含cu铜、sn锡、pb铅、ag银、in铟中的一种或多种阳离子组合，x为一价阴离子,包含cl氯、br溴、i碘中的一种或几种阴离子组合。

8、进一步地，所述etl电子传输层的材料为tio2、sno2、zno、zno2、c60富勒烯及其衍生物、snznox、srtio3或tisnox中的一种或多种组合，界面缓冲层的材料为moox、sno2、zno、zno2、tio2中的一种或多种组合，迎光面tco透明导电层的材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡、氧化铟锌、掺锑氧化锡、掺铝氧化锌或氧化锌中的一种或多种组合，迎光面tco透明导电层是导电的透光材料，第一金属栅线电极的材料为银浆、铜浆或银包铜浆中的一种或多种组合。

9、一种晶硅/钙钛矿叠层电池片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤(1)：使用常规制程流程制造n型hjt晶硅电池片本体,hjt晶硅电池片本体表面具有金字塔绒面结构,hjt晶硅电池片本体的结构由下而上依序为背光面tco透明导电层、p型非晶硅层、本征非晶硅层、n型单晶硅层、本征非晶硅层和n型非晶硅层,并使用丝网印刷法在背光面tco透明导电层两侧上制备第二金属栅线电极；步骤(2)：使用磁控溅射方法在hjt晶硅电池片本体的n型非晶硅层上沉积第二tco连接层；步骤(3)：使用狭缝涂布法在第二tco连接层表面涂布平坦化树脂,并使用光固化方式将平坦化树脂固化,得到树脂平坦层；步骤(4):使用激光烧蚀法,在树脂平坦层上间隔距离烧蚀树脂平坦层,形成穿透树脂平坦层的开槽；步骤(5):使用磁控溅射的方法在树脂平坦层与开槽中的第二tco连接层上制备沉积第一tco连接层；步骤(6):使用磁控溅射或溶液旋涂的方法在第一tco连接层上沉积htl空穴传输层；步骤(7):使用真空蒸发镀膜的方法在htl空穴传输层上制备第一前躯体钙钛矿活性吸收层；步骤(8):使用溶液旋涂或狭缝涂布的方法在第一前躯体钙钛矿活性吸收层上旋涂第二前躯体钙钛矿活性吸收层再进行退火,使第一前躯体与第二前躯体两层之间进行互相扩散,反应形成钙钛矿活性吸收层；步骤(9):使用真空蒸发镀膜、磁控溅射或原子层沉积的方法在钙钛矿活性吸收层上制备etl电子传输层,；步骤(10)：使用真空蒸发镀膜或化学气相沉积的方法在etl电子传输层上制备界面缓冲层；步骤(11)使用磁控溅射的方法在界面缓冲层上制备迎光面tco透明导电层；步骤(12)：使用丝网印刷的方法在迎光面tco透明导电层上制备第一金属栅线电极。

10、进一步地，所述步骤(1)中，金字塔绒面结构起伏高度在1～10μm之间，第二金属栅线电极厚度为1μm至20μm之间,宽度为5μm至50μm之间；步骤(2)中，第二tco连接层厚度为30nm至70nm之间；步骤(3)中，树脂平坦层厚度为1μm至30μm之间。

11、进一步地，所述步骤(4)中，开槽宽度为3μm至30μm之间；步骤(5)中，第一tco连接层厚度为30nm至70nm之间；步骤(6)中，htl空穴传输层厚度为20nm至70nm之间；步骤(7)中，第一前躯体钙钛矿活性吸收层厚度为100nm至300nm之间；步骤(8)中，钙钛矿活性吸收层厚度为300nm至700nm之间。

12、进一步地，所述步骤(9)中，etl电子传输层厚度为20nm至90nm之间；步骤(10)中,界面缓冲层厚度为10nm至30nm之间；步骤(11)中，迎光面tco透明导电层厚度为100nm至200nm之间；步骤(12)中，第一金属栅线电极厚度为1μm至20μm之间,宽度为5μm至50μm之间。

13、与现有技术相比本发明有益效果是：本发明用于晶硅/钙钛矿叠层电池片制备，能使钙钛矿叠层制造难度降低,有效利用相对低价的湿式溶液法(溶液旋涂或狭缝涂布法)制备钙钛矿活性吸收层,降低了晶硅/钙钛矿叠层电池片的生产成本；具体的，既保留了硅金字塔绒面的有效增加光捕获能力,又使顶层钙钛矿电池的各膜层制备方法提供更多样的选择,制备得到的成品能够有效利用不同波长太阳光,钙钛矿电池先吸收短波长的太阳光,hjt晶硅电池片本体再吸收长波长的太阳光，最大限度的将光能转变为电能，提高了光电转换效率优势，且降低了生产成本的晶硅/钙钛矿叠层电池片生产成本。综合上述，本发明具有好的应用前景。