[发明专利]一种钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，提供一种钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法，用以克服现有技术中钙钛矿材料界面钝化不能实现多类型缺陷的同步钝化、载流子界面复合的抑制效率不高等问题。本发明通过在钙钛矿/硅叠层电池的钙钛矿吸光层与空穴传输层之间引入有机离子型修饰剂钝化层，实现界面多类型缺陷的同步高效钝化，显著降低缺陷态密度；同时，有效防止界面处的晶格失配，进一步优化缺陷钝化效果。综上，本发明的钙钛矿/硅叠层太阳能电池具有更低的缺陷态密度，更高的短路电流密度、开路电压，显著提升了钙钛矿/硅叠层太阳能电池的整体性能；并且，有机离子型修饰剂钝化层合成工艺成熟，价格低廉，具有高效、稳定且低成本的优点。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体提供一种钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

21世纪面临着严峻的能源短缺、环境污染等问题，开发利用清洁可再生能源是我国面临的迫切任务；太阳能以其绿色环保、价格低廉且储量丰富等特点，成为备受瞩目的新能源之一，被认为是替代传统的化石燃料最有前途的选择之一。作为有效利用太阳能的重要途经，太阳能电池的研制得到日益关注，而在众多光伏器件中，钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)在近几年里的发展犹为迅猛。

钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)太阳能电池属于第三代太阳能电池，其显著特点是利用钙钛矿型的有机-无机杂化卤化物半导体材料作为吸光层；而有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料的显著特点就是可以通过改变其组成的成份，获得一个从1.17eV到3.1eV可调的带隙；因此，钙钛矿材料非常适合构建光电转换效率能够超过Shockley-Queisser极限的叠层太阳能电池。硅太阳能电池具有较宽的吸收光谱，但是对短波段高能量的光谱吸收较少，而钙钛矿太阳能电池具有较窄的光谱范围，通过控制钙钛矿材料中卤族元素的比例，其光吸收范围可进一步向短波方向移动，因此，制备钙钛矿/硅叠层太阳能电池可以更好的实现对太阳光的充分利用，提升对光激发热电子的利用率，提高太阳能电池的光电转换效率。

将钙钛矿电池和硅电池结合制备叠层电池时通常有两种方式，一种是并联式四端叠层电池，一种是串联式两端叠层电池；其中，两端叠层电池因其结构一体化，测试简单，更适合产业化，但其存在的诸多界面对于器件光电性能有较大影响。大量研究表明，界面存在的大量的缺陷位点是限制两端叠层太阳能电池性能提升的主要问题，界面处的缺陷位点会形成局域化的电子能级，这些缺陷态由于能级位置与载流子传输能带不同，能够捕获并限制光生自由载流子并促使非辐射复合的发生，严重降低器件的光电性能，而钙钛矿材料界面的缺陷问题犹为显著。因此，减少界面处，尤其是钙钛矿界面的缺陷态、抑制光生载流子在界面缺陷处的复合，是进一步提升叠层电池性能的关键。

目前，界面修饰是钝化缺陷、抑制电荷在界面复合的重要方法之一，它可以提升器件的开路电压、填充因子以及长期稳定性。界面钝化可用的材料有很多，比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、单层乙醇胺(DEA)、氨基戊酸(5-AVA)等有机分子，然而受限于界面分子的官能团种类数量以及分子自身结构，分子钝化通常只能实现表面单一类型缺陷的钝化，并不能实现多类型缺陷的同步钝化，载流子界面复合的抑制效率不高，这都成为了现阶段叠层太阳能电池的发展瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于针对现有钙钛矿/硅叠层太阳能电池中钙钛矿材料界面钝化不能实现多类型缺陷的同步钝化、载流子界面复合的抑制效率不高等问题，提供一种新型钙钛矿/硅叠层太阳能电池及其制备方法；所述新型钙钛矿/硅叠层太阳能电池中，在钙钛矿吸光层与空穴传输层的界面处设置有机离子型修饰剂钝化层，实现钙钛矿吸光层界面多类型缺陷同步高效钝化，进而有效提高钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：