一種半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太 陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，一種基于無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料的鈣鈦礦太陽能電池得到了快速發(fā)展，自 2009年報(bào)道這種鈣鈦礦電池以來，短短幾年時(shí)間，鈣鈦礦電池器件的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提升到 了 20%。這種低成本、制備工藝簡單、對(duì)環(huán)境友好的鈣鈦礦太陽電池對(duì)整個(gè)太陽能科學(xué)和技 術(shù)行業(yè)以及人類生活產(chǎn)生將會(huì)巨大的影響。
[0003] 目前市場上工業(yè)化生產(chǎn)多以晶體硅電池為主，但由于晶體硅的帶隙在I. IeV左 右，對(duì)太陽光的吸收波段有限。這樣就造成單一晶體硅太陽電池對(duì)太陽光不能充分吸收，從 而使得太陽電池的轉(zhuǎn)換效率無法達(dá)到其理論最高值。理論上疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效 率可以達(dá)到68%。因此，研究人員一直在探索提升太陽能電池效率的新工藝新方法，因此， 如何把幾種太陽電池疊層到一起，達(dá)到對(duì)太陽光的全光譜充分吸收，從而使得電池的轉(zhuǎn)換 效率得到提升是目前面臨的一個(gè)重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太 陽能電池，該疊層太陽能電池結(jié)合鈣鈦礦和晶體硅這兩種太陽能電池對(duì)太陽能光吸收的特 性做成疊層太陽能電池，可以明顯提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供上述半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太 陽能電池的制備方法，該制備方法適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，能使太陽能電池的應(yīng)用更為廣泛。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是通過以下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)的：一種半透明鈣 鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池，該太陽能電池從下至上依次包括背板鋼化玻璃、第一 EVA 層、串連晶體硅電池片組、第二EVA層和串連鈣鈦礦電池片組，其中所述的串連晶體硅電池 片組與所述的串連鈣鈦礦電池片組相串連連接。
[0007] 其中鈣鈦礦禁帶寬度1. 6~2. 3eV之間可調(diào)，對(duì)太陽能光的吸收主要在短波段； 同時(shí)鈣鈦礦電池材料吸收效率高，較薄電池厚度（~400nm)就可以充分吸收適當(dāng)波段入射 光，因此鈣鈦礦電池可以實(shí)現(xiàn)半透明薄膜，適合做頂層電池；晶體硅的帶隙在I. IeV左右， 對(duì)太陽光的吸收主要在長波段，適合做底層電池。因此，結(jié)合鈣鈦礦和晶體硅這兩種太陽能 電池對(duì)太陽能光吸收的特性做成疊層太陽能電池，可以明顯提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效 率。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的串連晶體硅電池片組與所述的串連鈣鈦礦電池片組根據(jù)電流匹 配原則相串連連接，也就是根據(jù)串連晶體硅電池片組輸出電流和串連鈣鈦礦電池片組輸出 電流相等原則。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的串連鈣鈦礦電池片組中每個(gè)鈣鈦礦電池片從上至下包括玻璃基 板、第一透明導(dǎo)電膜、電子運(yùn)輸層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和第二透明導(dǎo)電膜。
[0010] 更進(jìn)一步的，所述的第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜優(yōu)選為摻氟氧化錫FT0、摻 錫氧化銦ΙΤ0、鋁摻雜氧化鋅AZO或金屬網(wǎng)絡(luò)透明導(dǎo)電膜；所述的電子運(yùn)輸層優(yōu)選為Ti02、 ZnO或Ti02/Zn0混合層；所述的鈣鈦礦吸收層優(yōu)選為CH3NH3MX 3，其中M為Pb或Sn, X為I、 Cl或Br ;所述的空穴傳輸層優(yōu)選為Spiro-OMeTAD。
[0011] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的串連鈣鈦礦電池片組通過包括以下步 驟的方法制備獲得：
[0012] (1)選取玻璃基板，在玻璃基板上制備第一透明導(dǎo)電膜；
[0013] (2)在第一透明導(dǎo)電膜上設(shè)置電子運(yùn)輸層；
[0014] (3)在電子運(yùn)輸層上設(shè)置鈣鈦礦吸收層；
[0015] (4)在鈣鈦礦吸收層上設(shè)置空穴傳輸層；
[0016] (5)在空穴傳輸層上設(shè)置第二透明導(dǎo)電膜，即制得鈣鈦礦電池片；
[0017] (6)將制得的鈣鈦礦電池片激光刻劃成多個(gè)，將刻劃后的多個(gè)鈣鈦礦電池片相串 連，并引出正、負(fù)電極，制得串連鈣鈦礦電池片組。
[0018] 所述的串連晶體硅電池片組中每個(gè)晶體硅電池片從上至下至少包括硅基體正面 電極、硅基體和硅基體背面電極。
[0019] 晶體硅電池片為現(xiàn)有技術(shù)中的晶體硅電池片，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中公開的常規(guī) 方法制成，也可以是市售廣品。
[0020] 本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是通過以下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)的：上述半透明鈣 鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：
[0021] (1)選取背板鋼化玻璃，在背板鋼化玻璃上設(shè)置第一 EVA層；
[0022] (2)在第一 EVA層上設(shè)置多個(gè)晶體硅電池片，然后將多個(gè)晶體硅電池片相串連，并 引出正、負(fù)電極，串連晶體硅電池片組；
[0023] (3)在串連晶體硅電池片組上設(shè)置第二EVA層；
[0024] (4)在第二EVA層上設(shè)置串連鈣鈦礦電池片組，并將串連鈣鈦礦電池片組與串連 晶體硅電池片組相串連，并引出正、負(fù)電極；
[0025] (5)經(jīng)包括層壓工序，制成半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池。
[0026] 進(jìn)一步的，上述半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池的制備方法，包括以下 步驟：
[0027] 第一步：在玻璃基板上制備半透明鈣鈦礦電池，
[0028] (1)通過磁控濺射在玻璃基板上沉積透明導(dǎo)電薄膜，導(dǎo)電膜膜厚控制為100~ 200nm，電阻為20~60 Ω，透射率為82~90 % ;
[0029] (2)把制備好的電子傳輸層凝膠溶液（如Ti02、ZnO或Ti02/Zn0混合溶液）噴涂 到透明導(dǎo)電膜上，電子輸運(yùn)層膜厚為100~350nm，燒結(jié)450~550°C，完成電子輸運(yùn)層的制 造；
[0030] (3)在低濕度環(huán)境中，把制備好的含有MX2 (M為Pb或Sn, X為I或Br或Cl) /DMF (無 水N，N-二甲基甲酰胺）溶液和含有CH3NH3X (X為I或Br或Cl) /IPA (無水異丙醇）共同噴 涂在電子輸運(yùn)層上，制備鈣鈦礦吸收層，膜厚為100~400nm，帶隙范圍為1. 6~2. 3eV，清 洗，烘干，完成鈣鈦礦吸收層的制造；
[0031] (4)把制備好具有空穴傳輸特性的空穴材料Spiro-OMeTAD溶液噴涂于鈣鈦礦吸 收層上，完成空穴傳輸層的制造；
[0032] (5)通過磁控濺射在空穴傳輸層上沉積導(dǎo)電膜或通過掩膜板方式蒸鍍金屬柵線電 極，至此完成鈣鈦礦電池制造；
[0033] (6)在AMI. 5G模擬太陽光下測試鈣鈦礦電池的光伏性能；
[0034] (7)通過激光刻劃鈣鈦礦電池大小，以便用于晶硅電池的電流匹配；
[0035] (8)串聯(lián)鈣鈦礦電池，引出正負(fù)極。
[0036] 第二步：按要求放置背板鋼化玻璃；
[0037] 第三步：在背板鋼化玻璃上鋪設(shè)第一 EVA層，厚度控制在1~I. 5mm ;
[0038] 第四步：在EVA上排布擺列晶硅電池片，串聯(lián)晶硅電池片，引出正負(fù)極；
[0039] 第五步：在串聯(lián)晶硅電池片上面鋪設(shè)第二EVA層，厚度控制在0. 3~0. 5mm ;
[0040] 第六步：把在第一步制造好的串聯(lián)鈣鈦礦電池鋪設(shè)在EVA上，其中玻璃基板面朝 上，半透明鈣鈦礦電池和晶硅電池串聯(lián)焊接好，引出正負(fù)極；
[0041] 第七步：用層壓機(jī)把整個(gè)電池層壓封裝在一起，再經(jīng)清理、檢查、檢測和包裝等工 序完成半透明鈣欽礦晶體娃串列置層太陽能電池的制造。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0043] (1)通過該方法可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池與晶體硅太陽能電池對(duì)太陽能光譜吸 收特性的互補(bǔ)，從而達(dá)到太陽能光譜的充分吸收利用，提高了太陽能電池轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)充 分利用入光面保護(hù)玻璃空間；
[0044] (2)本發(fā)明在頂電池窗口層玻璃上使用噴涂方法覆蓋半透明的鈣鈦礦電池，有效 利用保護(hù)層玻璃的空間；
[0045] (3)采用本發(fā)明串聯(lián)疊層電池的方法制造的電池組件與晶體硅電池效率相比提高 了 30~50%，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，使太陽能電池的應(yīng)用更為廣泛。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1-5中半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意 圖，其中1為背板鋼化玻璃，2為第一 EVA層，3為串連晶體硅電池片組，4為第二EVA層，5 為串連鈣鈦礦電池片組；
[0047] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1-5中制備的半透明鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)剖析示意圖， 其中51為第一透明導(dǎo)電膜，52為電子運(yùn)輸層，53為鈣鈦礦吸收層，54為空穴傳輸層，55為 第二透明導(dǎo)電膜55, 56為玻璃基板；
[0048] 圖3中是本發(fā)明實(shí)施例1-5中制備的晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)剖析示意圖，31為 硅基體正面電極，32為硅基體，33為硅基體背面電極；
[0049] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1-5中制成的半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池的解 析圖，其中7為半透明鈣鈦礦晶體硅串列疊層太陽能電池的正電極，8為半透明鈣鈦礦晶體 硅串列疊層太陽能電池的負(fù)電極，71為串連