一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及光伏，具体涉及了一种钙钛矿太阳能电池，以及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术：

1、有机无机金属卤化物钙钛矿材料凭借优异的光电性能以及低成本优势，适合作为太阳能电池的吸光层。并且，反式结构的钙钛矿电池因其制备方法低温简便、迟滞效应弱到近乎可忽略、界面缺陷态密度较低、稳定性较强、与柔性器件和叠层器件适配性良好等优点，更具有商业化价值。在钙钛矿上制备透明窗口层是实现高效钙钛矿叠层电池和双面单结钙钛矿电池的基础。

2、为制备反式结构的钙钛矿电池，需要在钙钛矿上制备透明电极。但是，常用于制备透明电极的磁控溅射和反应等离子体沉积产生的离子能量较大，容易导致钙钛矿损失，进而导致器件性能下降。因此，在制备透明电极前可以制备一层缓存层，用于减小透明电极制备过程中离子轰击对钙钛矿的损伤。

3、一些金属氧化物由于具有带隙较大且稳定性较好，可以被用于缓存层。但是，目前应用于钙钛矿电池中的金属氧化物缓存层导电性较差，且低电导的金属氧化物会在器件中引入较大串联电阻。同时，低导电的金属氧化物和透明电极间的接触电阻也将增加，这限制了器件的填充因子，从而限制器件效率的提升。

4、为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种改进的钙钛矿太阳能电池技术，能够提升缓存层的电导性，进而降低缓存层的串联电阻，并减小其与透明电极间的接触电阻，最终实现反式结构器件填充因子提升和效率提升。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，能够提升缓存层的电导性，进而降低缓存层的串联电阻，并减小其与透明电极间的接触电阻，最终实现反式结构器件填充因子提升和效率提升。

3、具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述钙钛矿太阳能电池，包括：钙钛矿吸光层，用于吸收光子并产生电子-空穴对，且钙钛矿吸光层的两侧分别包括电子传输层和空穴传输层，用以分别传输电子和空穴；透明电极层，设置于所述电子传输层的外侧；以及缓存层，设置于所述电子传输层和所述透明电极层之间，所述缓存层为包括金属掺杂元素的n型半导体材料，用于隔绝所述透明电极层在其制备过程中的离子与所述钙钛矿吸光层。

4、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述n型半导体材料包括二氧化锡。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述金属掺杂元素至少包括钇、锂、铌、铜、镧、锆、钼、镍、镓中的至少一种。

6、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述金属掺杂元素和缓存层中的锡元素的原子数比的范围在0.01％～20％。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述缓存层的厚度范围在1nm～100nm。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述透明电极层包括透明导电氧化物。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述空穴传输层的材料包括但不限于自组装单分子层、氧化镍层，以及所述自组装单分子层和钙钛矿的组合。

10、进一步地，在本发明的一些实施例中，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括单节钙钛矿太阳能电池、钙钛矿-钙钛矿叠层太阳能电池、钙钛矿-晶体硅叠层太阳能电池，以及钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池。

11、此外，根据本发明的第二方面提供的上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：制备空穴传输层；在所述空穴传输层的上方制备钙钛矿吸光层；在所述钙钛矿吸光层的上方制备电子传输层；在所述电子传输层的上方制备缓存层，所述缓存层为包括金属掺杂元素的n型半导体材料；以及在所述缓存层的上方制备透明传输层，所述透明电极层在其制备过程中的离子经由所述缓存层与所述钙钛矿吸光层隔绝。

12、进一步地，在本发明的一些实施例中，制备所述缓存层的工艺包括原子层沉积法、化学气相沉积法、脉冲化学气相沉积法，以及反应等离子体沉积法。

13、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述制备空穴传输层的步骤包括：制备透明导电基底；在所述透明导电基底的上方制备氧化镍层；以及在所述氧化镍层的上方制备自组装单分子层，以使自组装单分子层位于所述氧化镍层和所述钙钛矿吸光层之间。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述n型半导体材料包括二氧化锡。

3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属掺杂元素包括钇、锂、铌、铜、镧、锆、钼、镍、镓中的至少一种。

4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属掺杂元素和缓存层中的锡元素的原子数比的范围在0.01％～20％。

5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述缓存层的厚度范围在1nm～100nm。

6.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的材料包括但不限于自组装单分子层、氧化镍，以及所述自组装单分子层和钙钛矿的组合。

7.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括单节钙钛矿太阳能电池、钙钛矿-钙钛矿叠层太阳能电池、钙钛矿-晶体硅叠层太阳能电池，以及钙钛矿-铜铟镓硒叠层太阳能电池。

8.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备所述缓存层的工艺包括原子层沉积法、化学气相沉积法、脉冲化学气相沉积法，以及反应等离子体沉积法。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备空穴传输层的步骤包括：

技术总结本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括：钙钛矿吸光层，用于吸收光子并产生电子‑空穴对，且钙钛矿吸光层的两侧分别包括电子传输层和空穴传输层，用以分别传输电子和空穴；透明电极层，设置于所述电子传输层的外侧；以及缓存层，设置于所述电子传输层和所述透明电极层之间，所述缓存层为包括金属掺杂元素的n型半导体材料，用于隔绝所述透明电极层在其制备过程中的离子与所述钙钛矿吸光层。通过上述钙钛矿太阳能电池，能够提升缓存层的电导性，进而降低缓存层的串联电阻，并减小其与透明电极间的接触电阻，最终实现反式结构器件填充因子提升和效率提升。技术研发人员：李红江,刘洲,姚博受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12