一種基于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型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，涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池包括：以鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片作為光吸收層；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光吸收層產(chǎn)生的光生電荷；和兩個導(dǎo)電玻璃，分別與兩個選擇性電荷接觸層直接接觸，以作為正極和負(fù)極。本實(shí)用新型的異質(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(kuò)散長度以及較高的晶體質(zhì)量。
【專利說明】
一種基于鈣鈦礦甲胺鉛砩單晶切片的異質(zhì)結(jié)太陽能電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型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。
【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(yán)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(jìn)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，lOYnf 1的光吸收系數(shù)，較長的電子和空穴壽命以及電 荷擴(kuò)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(dá)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(kuò)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(jì)和生產(chǎn)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)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。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型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] 特別地，本實(shí)用新型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：
[0006] 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；
[0007] 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
[0008] 兩個導(dǎo)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(fù)極。
[0009] 可選地，兩個所述導(dǎo)電玻璃中每一導(dǎo)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(dǎo)電層。
[0010] 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。
[0011] 可選地，所述電子選擇性接觸層選自二氧化鈦、二氧化鈦摻雜化合物、氧化鋅、氧 化鋅摻雜化合物、二氧化錫或二氧化錫摻雜化合物。
[0012] 可選地，所述二氧化鈦摻雜化合物為釔或鈮摻雜二氧化鈦。
[0013] 可選地，所述氧化鋅摻雜化合物為鋁摻雜氧化鋅。
[0014] 可選地，所述二氧化錫摻雜化合物為氟摻雜二氧化錫。
[0015] 可選地，所述空穴選擇性接觸層選自氧化鎳、氧化鎳摻雜化合物或碳材料。
[0016] 可選地，所述氧化鎳摻雜化合物為摻雜銅的氧化鎳。
[0017] 可選地，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池按照所述玻璃載體、所述氟摻雜二氧化錫透明導(dǎo) 電層、所述電子選擇性接觸層、所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片、所述空穴選擇性接觸層、所 述氟摻雜二氧化錫透明導(dǎo)電層和所述玻璃載體的順序上下堆疊形成。
[0018] 本實(shí)用新型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(kuò)散長度以及較高的晶體質(zhì)量。本實(shí)用新型可 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。
[0019] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對本實(shí)用新型具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更 加明了本實(shí)用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說明】
[0020] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一些具體實(shí) 施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)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：
[0021] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)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；
[0022] 圖2是以碳電極作為背電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 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(shí)施方式】
[0024] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)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：
[0025] 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；
[0026] 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
[0027] 兩個導(dǎo)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(fù)極。
[0028] 本實(shí)用新型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(kuò)散長度以及較高的晶體質(zhì)量。本實(shí)用新型 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。
[0029] 參見圖1，兩個所述導(dǎo)電玻璃10中每一導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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。
[0030] 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(dǎo)電玻璃10中的兩個所述氟摻雜二氧化錫透明導(dǎo)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(dǎo)電層12具有導(dǎo)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(dǎo)電玻璃10作為異質(zhì)結(jié)太陽能電池的負(fù)極和正極。
[0031] 由于鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶薄膜在耐高溫性能以及機(jī)械強(qiáng)度等方面均遠(yuǎn)低于硅材 料，同時鈣鈦礦甲胺鉛碘也難以實(shí)現(xiàn)離子注入以獲得摻雜，同時其存在的嚴(yán)重的離子迀移 使得穩(wěn)定的自摻雜難以實(shí)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(shí)現(xiàn)。
[0032] 因此，本實(shí)施例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：
[0033] 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;
[0034] 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(jìn)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。
[0035] 步驟S3、制備電子選擇性接觸層22和空穴選擇性接觸層21;
[0036] 步驟S4、分別在兩個導(dǎo)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;
[0037] 步驟S5、按序?qū)⑺鲭娮舆x擇性接觸層22、鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30和空穴選 擇性接觸層21堆疊，并對其進(jìn)行熱壓處理形成樣品；
[0038] 步驟S6、對所述樣品進(jìn)行封裝，以獲得所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0039] 在步驟S1中，通過電火花線切割鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶已獲得鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶 切片30，其厚度在20微米到數(shù)毫米之間可控，切片表面粗糙度可控制在1微米左右，切割速 度為lmm/min左右，切割所用冷卻液可以選用非極性溶劑，例如乙酸乙酯、正己烷、石油醚、 正丁醇或甲苯。切割過程在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。
[0040] 線切割過程一般包括:首先在鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶(厘米量級尺寸)表面蒸鍍一層 金電極，以提高鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶與電火花線切割機(jī)的電接觸，并作為脈沖負(fù)極使用。電 極絲采用鉬絲，作為脈沖正極使用。使用乙酸乙酯作為切割冷卻液。整個切割過程在通風(fēng)設(shè) 備以及一定氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。然后按照一定方向?qū)⒃撯}鈦礦甲胺鉛碘單晶固定在切割機(jī)樣 品固定平臺上，使得電極絲與其較大的一個晶面平行。在乙酸乙酯的保護(hù)和冷卻下，以較慢 的速度進(jìn)行單晶切割。單次切割完成后，即可暴露出所需鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的一 個表面。按照所需鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的要求，使用單片機(jī)控制程序微量移動樣品 臺至所需位置，然后重復(fù)上述切割過程。最終切割獲得的鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30直接 掉落在樣品臺下方提前放置的乙酸乙酯中，以洗去鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30表面的浮 灰。將鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30從乙酸乙酯中取出，平置于稱量紙上，并保持在干燥的流 動的氮?dú)夥諊惺蛊渥匀桓稍铩?br>[0041] 在步驟S2中，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(jìn)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。表面修復(fù)的方法包括溶劑修復(fù)與熱壓修 復(fù)兩種。
[0042]其中，溶劑修復(fù)選用甲胺作為溶劑，將所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30表面暴露 在甲胺水溶液產(chǎn)生的甲胺氣氛中數(shù)秒，移除甲胺氣氛，數(shù)分鐘后將所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單 晶切片30置于熱盤上以100°C熱處理10分鐘左右。該過程可重復(fù)多次直至所述鈣鈦礦甲胺 鉛碘單晶切片30的表面呈現(xiàn)光滑的鏡面狀。
[0043]熱壓修復(fù)過程為將所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30平置于熱壓機(jī)上，所述鈣鈦礦 甲胺鉛碘單晶切片30上下均平鋪一層聚四氟乙烯膜作為熱壓緩沖層，將熱壓機(jī)上下加熱平 臺均設(shè)置為100°C，初始壓強(qiáng)設(shè)置為0.25MPa，每隔5分鐘將壓強(qiáng)增大0.05MPa，熱壓時間為30 分鐘，最終壓強(qiáng)為0.5MPa。本實(shí)用新型優(yōu)選采用溶劑修復(fù)方法。本實(shí)用新型還可以采用將溶 劑修復(fù)與熱壓修復(fù)相結(jié)合的方式以最大化地降低所述鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30表面的 粗糙度。
[0044] 在步驟S3中，制備電子選擇性接觸層22和空穴選擇性接觸層21。
[0045] 首先是進(jìn)行電子選擇性接觸層22的制備。所述電子選擇性接觸層22為相應(yīng)的金屬 離子溶液或合成的納米顆粒分散液所制成的薄膜，其包括二氧化鈦納米顆粒、二氧化鈦納 米片、二氧化鈦摻雜化合物、氧化鋅納米顆粒、氧化鋅摻雜化合物、二氧化錫納米顆粒以及 二氧化錫摻雜化合物中的一種或多種。其中，二氧化鈦摻雜化合物可以為釔或鈮摻雜二氧 化鈦。氧化鋅摻雜化合物可以為鋁摻雜氧化鋅。二氧化錫摻雜化合物可以為氟摻雜二氧化 錫。
[0046]二氧化鈦納米顆粒分散液的制備。將0.5mL四氯化鈦緩慢加入2mL乙醇中，該過程 在冰水混合浴中進(jìn)行，并保持持續(xù)的攪拌。接著向其中加入1 OmL苯甲醇。在冰水混合浴中持 續(xù)攪拌該混合溶液，直至黃色澄清溶液。將該混合溶液密封在玻璃小瓶中，并轉(zhuǎn)移到80°C烘 箱中，加熱處理數(shù)小時，直至形成黃白色濁液。加熱結(jié)束后，將上述濁液轉(zhuǎn)移到離心管中，并 向其中加入一定量的乙酸乙酯作為沉淀劑和洗滌劑。通過對離心管中的濁液進(jìn)行離心可以 將其中的固體和液體分離，其沉淀出來的固體即為二氧化鈦納米顆粒。為了除去二氧化鈦 納米顆粒表面附著的雜質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物，可以用乙醇和乙酸乙酯進(jìn)行多次洗滌和離心操 作。最后利用超聲手段，將二氧化鈦納米顆粒直接分散在乙醇中，可以得到穩(wěn)定的二氧化鈦 納米顆粒的乙醇分散液。為了控制最終沉積的二氧化鈦納米顆粒薄膜的孔隙率，可以在上 述乙醇分散液中溶解一定比例的乙基纖維素(EC)。二氧化鈦納米顆粒的粒徑大小可以通過 控制反應(yīng)時間來進(jìn)行控制。
[0047]摻雜釔或鈮的二氧化鈦納米顆粒分散液的制備。將一定量的四氯化鈦緩慢加入 2mL乙醇中，同時溶解一定量的摻雜源，如五氯化鈮或氯化釔。其后續(xù)反應(yīng)與二氧化鈦納米 顆粒的反應(yīng)過程相同，在此不再贅述。最終得到摻雜鈮的二氧化鈦納米顆粒的乙醇分散液。 [0048]二氧化鈦納米片分散液的制備。將5mL鈦酸四丁酯與0.6mL氫氟酸加入到聚四氟乙 烯材料的水熱反應(yīng)釜中，并攪拌混合均勻。然后在180°C鼓風(fēng)烘箱中水熱反應(yīng)24小時。反應(yīng) 結(jié)束后得到固體產(chǎn)物，待冷卻至常溫，用乙醇和去離子水作為洗滌劑清洗該固體產(chǎn)物。最后 將清洗后的固體產(chǎn)物分散到乙醇溶液中，形成穩(wěn)定的二氧化鈦納米片的乙醇分散液。
[0049]氧化鋅納米顆粒分散液的制備。首先將乙酸鋅溶解在二甲基亞砜中，形成0.5M的 透明澄清溶液，同時配置二甲基氫氧化銨的乙醇溶液。高速攪拌上述乙酸鋅溶液，然后將二 甲基氫氧化銨溶液逐滴加入其中。加入完成后獲得混合溶液，再對混合溶液持續(xù)攪拌30分 鐘。對該混合溶液進(jìn)行離心獲得沉淀物。該沉淀物即為氧化鋅納米顆粒。采用乙酸乙酯和乙 醇作為洗滌劑多次清洗該氧化鋅納米顆粒，最后將清洗過的氧化鋅納米顆粒超聲分散到乙 醇中形成氧化鋅納米顆粒的乙醇分散液。
[0050] 二氧化錫納米顆粒分散液的制備。將四氯化錫加入到苯甲醇中形成澄清溶液。將 該澄清溶液密封在玻璃小瓶中，并轉(zhuǎn)移到80°C烘箱中，加熱處理數(shù)小時，直至生產(chǎn)帶有白色 沉淀物的濁液。加熱結(jié)束后，將上述濁液轉(zhuǎn)移到離心管中，并向其中加入一定量的乙酸乙酯 作為沉淀劑和洗滌劑。通過對離心管中的濁液進(jìn)行離心可以將其中的固體和液體分離，其 沉淀出來的固體即為二氧化錫納米顆粒。為了除去二氧化錫納米顆粒表面附著的雜質(zhì)和反 應(yīng)副產(chǎn)物，可以用乙醇和乙酸乙酯進(jìn)行多次洗滌和離心操作。最后利用超聲手段，將二氧化 錫納米顆粒分散到乙醇中，獲得二氧化錫納米顆粒的乙醇分散液。
[0051] 接著是進(jìn)行空穴選擇性接觸層21的制備。所述空穴選擇性接觸層21為相應(yīng)的金屬 離子溶液或合成的納米顆粒分散液所制成的薄膜，其包括氧化鎳納米顆粒、氧化鎳摻雜化 合物以及碳漿料中的一種或多種。氧化鎳摻雜化合物可以為摻雜銅的氧化鎳。
[0052]氧化鎳納米顆粒分散液的制備。將一定量的氯化鎳、尿素溶解在去離子水中形成 反應(yīng)溶液，然后在回流以及高速攪拌的狀態(tài)下降上述反應(yīng)溶液保持95°C反應(yīng)80分鐘。經(jīng)過 洗滌和干燥過程得到藍(lán)色的氫氧化鎳固體粉末。將該藍(lán)色固體粉末平鋪于坩堝中，以550°C 高溫煅燒2小時，得到灰色固體粉末。將該灰色固體粉末加入到一定量的乙醇中，通過劇烈 攪拌、超聲過程，然后再靜置數(shù)小時，得到上層穩(wěn)定的氧化鎳納米顆粒的乙醇分散液。
[0053]摻雜銅的氧化鎳納米顆粒分散液的制備。將一定量的氧化鎳、尿素溶解在去離子 水中形成反應(yīng)溶液，同時加入一定量的氯化銅。其后續(xù)反應(yīng)與氧化鎳納米顆粒的反應(yīng)過程 相同，在此不再贅述。最終得到褐色的摻雜銅的氧化鎳納米顆粒的乙醇分散液。
[0054]碳漿料的制備。將按照一定比例的石墨片和導(dǎo)電炭黑混合，然后加入到聚乙酸乙 烯酯乙酸乙烯溶液中，得到混合溶液。其中碳材料的質(zhì)量比例為80%，聚乙酸乙烯酯的質(zhì)量 比例為20%。將上述混合溶液高速球磨4小時，得到均勻的碳漿料。
[0055] 在步驟S4中，分別在兩個導(dǎo)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。
[0056] 在沉積之前首先需要對導(dǎo)電玻璃10進(jìn)行導(dǎo)電層刻蝕和基底清洗。導(dǎo)電層刻蝕使用 激光刻蝕方法，其所用激光波長為l〇24nm。清洗過程為按照洗潔精、堿性乙醇溶液、去離子 水的順序逐步清洗。清洗完后，利用干燥的空氣吹干即獲得所需導(dǎo)電玻璃10。
[0057] 所述電子選擇性接觸層22和空穴選擇性接觸層21的沉積方式為薄膜沉積方法。所 述薄膜沉積方法為旋涂、噴霧或絲網(wǎng)印刷。本實(shí)施例中采用旋涂方法進(jìn)行乙醇分散液的沉 積，將步驟3中所制備的乙醇分散液制成薄膜。在導(dǎo)電玻璃10上以一定轉(zhuǎn)速旋涂納米顆粒的 乙醇分散液，然后在500 °C熱處理30分鐘以獲得厚度為50nm左右的較為致密的氧化物層。為 了增大薄膜表面孔隙率，以在后續(xù)過程中提高其余鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的電接觸， 在上述氧化物層上繼續(xù)旋涂含有乙基纖維素的納米顆粒乙醇分散液，通過高溫?zé)Y(jié)，最終 可獲得表層多孔、底層致密的氧化物選擇性電荷接觸層20。所述選擇性電荷接觸層20可以 根據(jù)其前驅(qū)物質(zhì)的乙醇分散液中的不同納米顆粒成為電子選擇性接觸層22或空穴選擇性 接觸層21。
[0058]碳漿料的沉積與前述乙醇分散液的沉積有所不同。通過刮涂的方法將所述碳漿料 刮涂到載玻片上，在50°C下對其進(jìn)行干燥以部分去除碳漿料中的乙酸乙酯溶劑，然后得到 自支撐的碳薄膜，即為碳電極23。
[0059] 對于沉積完成后的薄膜，可以在不同溫度下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度控制在100°C ~50(TC〇
[0060] 在步驟S5中，按序?qū)⑺鲭娮舆x擇性接觸層22、鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30和空 穴選擇性接觸層21堆疊，并對其進(jìn)行熱壓處理形成樣品。將經(jīng)過熱處理過的選擇性電荷接 觸層20和表面修復(fù)過的鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30按照從上往下以導(dǎo)電玻璃10、電子選擇 性接觸層22、鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30、空穴選擇性接觸層21以及導(dǎo)電玻璃10的順序堆 疊平置在熱壓機(jī)下加熱平臺上，設(shè)置熱壓機(jī)上下加熱溫度為115°C，壓強(qiáng)為0.5MPa，熱壓時 間為30分鐘。
[0061] 在步驟S6中，對所述樣品進(jìn)行封裝，以獲得所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池。為了保證該電 池結(jié)構(gòu)以及接觸能夠穩(wěn)定存在，對其進(jìn)行熱壓的同時，可以使用熱熔膠40將電池同步封裝。 在熱壓過程結(jié)束后，首先結(jié)束加熱，一定時間后再撤銷壓力。
[0062] 下面將結(jié)合具體的實(shí)施例，詳細(xì)介紹不同電池結(jié)構(gòu)的單晶異質(zhì)結(jié)電池的組裝過程 以及電池性能。本實(shí)用新型采用的電池效率測量采用計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字源表（型號為 Keithley 2602)進(jìn)行測試和記錄。測量采用四電極法，電壓源的正極連接在電池中與空穴 選擇性接觸層21直接接觸的導(dǎo)電玻璃10上，電壓源的負(fù)極連接在電池中與電子選擇性接觸 層22直接接觸的導(dǎo)電玻璃10上，同此連接方式，電流探測電極的正極連接在電池中與空穴 選擇性接觸層21直接接觸的導(dǎo)電玻璃10上，電流探測電極的負(fù)極連接在電池中與電子選擇 性接觸層22直接接觸的導(dǎo)電玻璃10上。光源使用500W氙燈，入射光強(qiáng)為lOOmW/cm 2,光照面 積為0.1cm2。除非另有說明，各實(shí)施例中的光電性能測量在室溫下進(jìn)行。
[0063] 實(shí)施例1
[0064] 本實(shí)施例將介紹本實(shí)用新型在基于不同氧化物納米薄膜作為選擇性電荷接觸層 20的鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的組裝和性能效果。
[0065] 將導(dǎo)電玻璃10、選擇性電荷接觸層20以及鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30按照圖1所 示順序堆疊形成三明治結(jié)構(gòu)。為了獲得穩(wěn)定的電池結(jié)構(gòu)，上述各層堆疊的同時，在兩個玻璃 載體11之間平置一層熱熔膠40薄膜。本實(shí)施例采用熱壓方法使得各層進(jìn)行直接接觸，并利 用熱熔膠40的熱塑和封裝效果使得電池結(jié)構(gòu)和接觸保持穩(wěn)定。設(shè)置熱壓機(jī)上下加熱平臺溫 度為115°C，壓強(qiáng)為0.5MPa，熱壓時間為30分鐘。然后自然降溫，待常溫后再撤消壓力。電子 選擇性接觸層22和空穴選擇性接觸層21厚度均為80nm左右，表面多孔，鈣鈦礦單晶切片厚 度為20微米。
[0066] 本例中所獲得的電池性能表見表1，電池效率最高的為在以二氧化錫納米顆粒作 為電子選擇性接觸層22和以摻雜銅的氧化鎳納米顆粒作為空穴選擇性接觸層21的電池，其 效率為5.5%。此外，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，通過離子摻雜可以提高選擇性電荷接觸層20的導(dǎo)電 性，從而提高電池的填充因子和光電流大小。
[0067] 表 1
[0068]
[0069] 實(shí)施例2
[0070]本實(shí)施例研究了熱壓過程中是否采用熱熔膠40進(jìn)行封裝對電池性能的影響，其電 池性能的影響，其電池性能見表2?？梢?，如果不采用熱熔膠40封裝，最終獲得的電池電流、 電壓以及最終效率都很低，這可能是因?yàn)闆]有封裝時，當(dāng)結(jié)束熱壓過程壓力撤銷后，電池不 同層之間不能保持良好的機(jī)械和電接觸。因此，本實(shí)施例的熱壓同步封裝的電池制備方法 對應(yīng)保證電池性能非常重要。
[0071]表2
[0073] 實(shí)施例3
[0074] 本實(shí)施例給出了以碳漿料制成的碳電極23作為背電極的電池的性能表征。以碳電 極23作為背電極時，需要配備鋁箱50以增加其導(dǎo)電性能。圖2是以碳電極23作為背電極的電 池結(jié)構(gòu)示意圖。對于圖2所示電池的熱壓制備過程為，將覆蓋有二氧化錫薄膜層的導(dǎo)電玻璃 10、鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片30、碳電極23、鋁箱50、導(dǎo)電玻璃10按照從下到上的順序平置 于熱壓機(jī)臺面上，同時在上下導(dǎo)電玻璃10間平鋪一層熱熔膠40薄膜，在90°C，0.5MPa熱壓條 件下保持30分鐘。熱壓完成后按序撤銷熱源與壓力。最終獲得圖2所示的電池。
[0075] 圖3是以碳電極23和空穴選擇性接觸層21作為背電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖。對于圖3 所示電池的熱壓制備過程為，首先在獲得碳電極23后，利用噴涂手段，在碳電極23表面噴涂 一層100nm厚度左右的摻雜銅的氧化鎳納米顆粒薄膜，并按照上述過程進(jìn)行熱壓處理，最終 獲得圖3所示的電池。
[0076] 以碳電極23作為背電極的電池性能見表3。其中，以碳電極23作為背電極，電池效 率為3.2 %，而增加摻雜銅的氧化鎳納米顆粒薄膜之后，電池效率可以提升到4.5 %。通過離 子摻雜可以提高選擇性電荷接觸層20的導(dǎo)電性，從而提高電池的效率。
[0077] 表 3
[0079]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實(shí)用新型的多 個示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本實(shí)用新型公 開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本實(shí)用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實(shí)用新 型的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 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，其特征在于，包括： 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； 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 兩個導(dǎo)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(fù)極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，兩個所述導(dǎo)電玻璃中每一導(dǎo) 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(dǎo)電層。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，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。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述電子選擇性接觸層選自 二氧化鈦、銀摻雜二氧化鈦、氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅、二氧化錫或氟摻雜二氧化錫。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述空穴選擇性接觸層選自 氧化鎳或碳材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)太陽 能電池按照所述玻璃載體、所述氟摻雜二氧化錫透明導(dǎo)電層、所述電子選擇性接觸層、所述 鈣鈦礦甲胺鉛碘單晶切片、所述空穴選擇性接觸層、所述氟摻雜二氧化錫透明導(dǎo)電層和所 述玻璃載體的順序上下堆疊形成。
【文檔編號】H01L51/44GK205452361SQ201521128698
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月29日
【發(fā)明人】孟慶波, 石將建
【申請人】中國科學(xué)院物理研究所