一種基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片 的異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展是解決目前日益嚴重的能源和環(huán)境問題的一種有效手段。 目前市場上廣泛應(yīng)用的是單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池，其具備較高的能量轉(zhuǎn)換 效率和較好的器件穩(wěn)定性。為了進一步降低太陽能電池的成本和拓展光伏材料范圍，人們 發(fā)展了越來越多的太陽能電池材料和器件結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦甲胺鉛碘薄膜太陽能電池是近年來 發(fā)展的一種基于鈣鈦礦甲胺鉛碘多晶光吸收層薄膜的一種新型光伏器件，其具備多種優(yōu)異 的光電性能，包括:合適的直接帶隙，IO 5Cnf1的光吸收系數(shù)，較長的電子和空穴壽命以及電 荷擴散長度。
[0003] 雖然鈣鈦礦薄膜太陽能電池的效率已經(jīng)得到了顯著提升，達到20.1%，接近于多 晶硅的效率。但是由于鈣鈦礦甲胺鉛碘多晶薄膜吸光范圍較窄，使得其光電流難以有效提 高，且其光熱穩(wěn)定性較差，難以大面積沉積，影響了該電池的商業(yè)化應(yīng)用。而鈣鈦礦甲胺鉛 碘單晶薄膜相比于鈣鈦礦甲胺鉛碘多晶薄膜，具備更寬的光吸收范圍，更長的電荷擴散長 度以及更高的晶體質(zhì)量，因此也是一種理想的光吸收層類型，同時在材料穩(wěn)定性方面有更 大的優(yōu)勢。此外，太陽能電池的發(fā)展和成熟為單晶電池的設(shè)計和生產(chǎn)積累了豐富的經(jīng)驗，因 此在鈣鈦礦薄膜電池和晶硅電池的基礎(chǔ)上發(fā)展鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶薄膜太陽能電池更容 易實現(xiàn)技術(shù)的兼容與拓展。目前，尚未有鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶薄膜太陽能電池的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種較寬的光吸收范圍、高電荷傳輸性能的基于鈣鈦礦甲 胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0005] 本發(fā)明進一步的目的是要提供一種提升電池性能的制備基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單 晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的方法。
[0006] 特別地，本發(fā)明提供了一種基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池， 包括：
[0007] 以鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片作為所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光吸收層；
[0008] 兩個選擇性電荷接觸層，分別貼合在所述光吸收層的兩面以構(gòu)成PN結(jié)，從而選擇 性抽取和收集所述光吸收層產(chǎn)生的光生電荷;和
[0009] 兩個導電玻璃，分別與兩個所述選擇性電荷接觸層直接接觸，以作為所述異質(zhì)結(jié) 太陽能電池的正極和負極。
[0010] 可選地，兩個所述導電玻璃中每一導電玻璃包括玻璃載體以及貼合在所述玻璃載 體內(nèi)側(cè)的氟摻雜二氧化錫透明導電層。
[0011] 可選地，兩個所述選擇性電荷接觸層分別為電子選擇性接觸層和空穴選擇性接觸 層。
[0012] 可選地，所述電子選擇性接觸層包括二氧化鈦、二氧化鈦摻雜化合物、氧化鋅、氧 化鋅摻雜化合物、二氧化錫以及二氧化錫摻雜化合物中的一種或多種。
[0013] 可選地，所述空穴選擇性接觸層包括氧化鎳、氧化鎳摻雜化合物以及碳材料中的 一種或多種。
[0014] 特別地，本發(fā)明還提供了一種制備基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能 電池的方法，具體步驟包括：
[0015] 通過電火花線切割鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶獲得所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片；
[0016] 制備電子選擇性接觸層和空穴選擇性接觸層；
[0017] 分別在兩個導電玻璃上沉積所述電子選擇性接觸層和所述空穴選擇性接觸層；
[0018] 按序?qū)⑺鲭娮舆x擇性接觸層、鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片和空穴選擇性接觸層堆 疊，并對其進行熱壓處理形成樣品；
[0019]對所述樣品進行封裝，以獲得所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0020]可選地，所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片在經(jīng)過電火花線切割后需要進行表面修復(fù) 和表面重結(jié)晶以降低其表面粗糙度和缺陷。
[0021 ]可選地，所述表面修復(fù)的方法包括溶劑修復(fù)和熱壓修復(fù)。
[0022] 可選地，所述電子選擇性接觸層和空穴選擇性接觸層的沉積方式為薄膜沉積方 法。
[0023] 可選地，所述薄膜沉積方法為旋涂、噴霧或絲網(wǎng)印刷，其前驅(qū)物質(zhì)為對應(yīng)的金屬離 子溶液或直接合成的納米顆粒分散液。
[0024] 本發(fā)明的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，具備較寬的光吸收 范圍、較高的電荷傳輸性能、較長的電荷擴散長度以及較高的晶體質(zhì)量。本發(fā)明可以提供一 種性能良好的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0025] 進一步地，本發(fā)明的制備基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的方 法，將傳統(tǒng)的晶硅線切割技術(shù)進行拓展以應(yīng)用到鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶的切割中，提高了鈣 鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的精度。同時，為適應(yīng)鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶材料在機械性能以及耐 高溫性能方面的不足，本發(fā)明采用修復(fù)方法降低其表面粗糙度，進一步提高了異質(zhì)結(jié)太陽 能電池的制備工藝的適應(yīng)性。
[0026] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明 了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【附圖說明】
[0027] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發(fā)明的一些具體實施例。 附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些 附圖未必是按比例繪制的。附圖中：
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電 池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是以碳電極作為背電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是以碳電極和空穴選擇性接觸層作為背電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的異質(zhì)結(jié)太陽能 電池的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括：
[0032] 以鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30作為所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光吸收層；
[0033]兩個選擇性電荷接觸層20,分別貼合在所述光吸收層的兩面以構(gòu)成PN結(jié)，從而選 擇性抽取和收集所述光吸收層產(chǎn)生的光生電荷;和
[0034] 兩個導電玻璃10,分別與兩個所述選擇性電荷接觸層20直接接觸，以作為所述異 質(zhì)結(jié)太陽能電池的正極和負極。
[0035] 本發(fā)明的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，具備較寬的光吸 收范圍、較高的電荷傳輸性能、較長的電荷擴散長度以及較高的晶體質(zhì)量。本發(fā)明可以提供 一種性能良好的基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0036] 參見圖1，兩個所述導電玻璃10中每一導電玻璃10包括玻璃載體11以及貼合在所 述玻璃載體11內(nèi)側(cè)的氟摻雜二氧化錫透明導電層12(FT0)。其中，玻璃載體11靠近所述選擇 性電荷接觸層20的一側(cè)即為內(nèi)側(cè)。參見圖1，所述氟摻雜二氧化錫透明導電層12的面積可以 小于所述玻璃載體11的面積，所述氟摻雜二氧化錫透明導電層12可以與所述玻璃載體11的 一端相對齊，玻璃載體11還可以與所述選擇性電荷接觸層20直接接觸。
[0037] 如圖1所示，兩個所述選擇性電荷接觸層20分別為電子選擇性接觸層22和空穴選 擇性接觸層21。其中，兩個導電玻璃10中的兩個所述氟摻雜二氧化錫透明導電層12分別與 所述電子選擇性接觸層22和所述空穴選擇性接觸層21接觸。由于所述氟摻雜二氧化錫透明 導電層12具有導電作用，可以使得所述電子選擇性接觸層22和所述空穴選擇性接觸層21分 別通過導電玻璃10作為異質(zhì)結(jié)太陽能電池的負極和正極。
[0038] 由于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶薄膜在耐高溫性能以及機械強度等方面均遠低于硅材 料，同時鈣鈦礦甲胺鉛碘也難以實現(xiàn)離子注入以獲得摻雜，同時其存在的嚴重的離子迀移 使得穩(wěn)定的自摻雜難以實現(xiàn)，因此直接套用晶硅太陽能電池的工藝來制備鈣鈦礦甲胺鉛碘 單晶薄膜太陽能電池顯然難以實現(xiàn)。
[0039] 因此，本發(fā)明還提供了一種制備基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的異質(zhì)結(jié)太陽能 電池的方法，包括：
[0040] 步驟S1、通過電火花線切割鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶獲得所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切 片30;
[0041] 步驟S2、所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30在經(jīng)過電火花線切割后需要進行表面修 復(fù)和表面重結(jié)晶以降低其表面粗糙度和缺陷。
[0042] 步驟S3、制備電子選擇性接觸層22和空穴選擇性接觸層21;
[0043]步驟S4、分別在兩個導電玻璃10上沉積所述電子選擇性接觸層22和所述空穴選擇 性接觸層21;
[0044] 步驟S5、按序?qū)⑺鲭娮舆x擇性接觸層22、鈣鈦礦甲胺鉛碘