[发明专利]P型晶体硅基底钙钛矿叠层异质结双面电池结构及其制法

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及P型晶体硅基底钙钛矿叠层异质结双面电池结构及其制法。

【背景技术】

自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的90％以上，晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破21％，全球年新增装机容量约70GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。

P型晶体硅电池由于生产工艺成熟、制造成本低，在目前及今后相当长的一段时间内仍占据绝大部分市场份额。P型晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用，必须进一步提高转换效率，同时降低生产成本。

PERC技术着眼于电池的背面，在通过钝化降低了背面复合速度的同时，增加了对红外光的反射，从而吸收更广的光谱范围，该技术近年来在P型晶体硅电池中逐步得到大规模应用，使多晶和单晶电池的效率分别提升0.5％和1％以上。作为对P型晶体硅PERC电池的改进，目前有将背面的全铝层用细铝栅线代替，使电池具有双面发电的功能。虽然PERC技术极大的提高了电池的背面性能，但是对电池的正面无显著改善，尤其是电池的正面电极，目前主要采用丝网印刷的方式形成近百条细栅和若干条主栅，此工序造成电池片表面5％～7％的面积形成对光的遮挡，使P型PERC双面电池的效率优势未能充分发挥。

此外，常规的晶体硅电池在材料本身和工艺上都有一些限制。晶体硅的禁带宽度为1.12eV，且为间接带隙。此外，常规晶体硅太阳能电池在扩散和烧结过程中需要高温，扩散和烧结的峰值温度都在800℃以上，这些高温过程都加剧了少子复合。在热扩散工艺中，发射极属于重掺杂，俄歇复合的影响显著。这些都导致晶体硅电池的开路电压的极限值在750mV左右。

近年来，钙钛矿太阳能电池引起了人们的广泛关注。1991年Gratzel研究小组发明了DSSCs，但其染色剂不能吸收所有的光，因此降低了电池的效率。为了做得更好，Miyasaka将注意力转向钙钛矿。他们使用了一层薄薄的吸光钙钛矿层，能效达3.8％。但不幸的是，这种电池也包含液体电解质，会很快溶解钙钛矿，以致电池失效。该研究也开启了钙钛矿太阳能电池研究的先河。2013年被《科学》杂志评为年度10大突破，2016世界经济论坛将钙钛矿技术列为10大新兴技术。仅仅4年时间，钙钛矿太阳能电池效率就从3.8％提升到22％。CH₃NH₃PbX₃(X＝Br，I)是一类具有钙钛矿晶体结构类型的有机-无机杂合(organic–inorganic hybrid)半导体材料，具有较大的电子-空穴扩散长度和原好于晶体硅的光吸收系数。其中CH₃NH₃PbI₃具有1.50～1.55eV的直接带隙，能吸收波长小于800nm的光子，对应AM1.5G光谱中的可见光部分。CH₃NH₃PbI₃薄膜在可见光部分的吸收系数达到104～105cm^-1，与无机半导体材料GaAs、CdTe和CIGS相近。而且CH₃NH₃PbI₃薄膜具有成本低廉、载流子迁移率高、扩散长度大、晶体缺陷少等优点，能够很好的互补晶体硅太阳能电池的短板，是制备硅基叠层太阳电池的理想材料。

因此急需一种在P型晶体硅双面PERC电池上叠层钙钛矿的制作方法，来提升叠层电池的开路电压，得到更高的短路电流，进而得到更高的电池效率。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供P型晶体硅基底钙钛矿叠层异质结双面电池结构及其制法，该电池结合了P型晶体硅背钝化双面和钙钛矿电池技术两种电池的优点，产生的协同效应远大于单个技术，很好的解决了在单独采用背景技术中所述两项技术时产生的诸多问题，如晶体硅效率低，钙钛矿稳定性差等。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

P型晶体硅基底钙钛矿叠层异质结双面电池结构，叠层异质结双面电池从正面至背面依次包括透明导电膜、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、复合层、N型层、P型基体、背面钝化膜和背面电极。

所述P型基体为单晶或多晶硅片，N型层的掺杂剂含磷浆料。