一種疊層太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于硅薄膜，晶體硅和鈣鈦礦疊層太陽電池。
【背景技術】
[0002]鈣鈦礦相有機金屬鹵化物通常是一種直接帶隙的半導體，帶隙寬度約1.1-1.7eV范圍可調，在室溫下，其具有較強的吸光特性和光致發光特性。基于這種材料的太陽能電池其效率，公開報道的效率可以達到15.6%。但是，鈣鈦礦相有機金屬鹵化物易受自然環境的影響，尤其是對水蒸氣和氧氣非常敏感，鈣鈦礦材料暴露在空氣中，其晶體結構將被破壞，并且被水蒸氣溶解從而導致電池的效率下降。同時鈣鈦礦電池還存在很嚴重的紫外光誘導衰減問題，單純的鈣鈦礦電池受紫外光影響，會很快衰減。
[0003]非晶硅薄膜的帶隙是1.75eV，使得這種材料的吸收主要集中于太陽光譜的藍光區而對于紅光區的吸收較弱，因此單結非晶硅電池難以滿足使用需要。
[0004]納米晶硅，納米晶硅鍺，單晶硅帶隙約為1.12eV,非晶硅鍺帶隙約為1.4eV，這幾種材料都有極好的紅光響應能力。因而可以作為疊層太陽能電池的底電池，進而提高太陽能電池的紅光響應。
[0005]將非晶硅薄膜太陽電池，鈣鈦礦電池，結合構成雙疊層電池，或者再加入納米晶硅(納米晶硅鍺，晶體硅，非晶硅鍺)電池，構成一種夾心結構的疊層電池，非晶硅頂電池和納米晶硅(納米晶硅鍺，晶體硅，非晶硅鍺)底電池起到保護鈣鈦礦電池的作用，避免鈣鈦礦電池收到空氣、水的影響。同時非晶硅子電池可以完全吸收紫外光，可以降低或者消除鈣鈦礦子電池的紫外誘導衰減效應。
【發明內容】
[0006]本發明提出一種非晶硅薄膜/鈣鈦礦/納米晶硅(非晶硅鍺，晶體硅，納米硅鍺)疊層太陽電池，三個子電池的帶隙分別為1.75eV、l.5eV、l.12eV,極佳的帶隙搭配，可以大幅度擴展太陽能電池的光譜響應范圍。頂電池和低電池可以起到阻擋層的作用，使得鈣鈦礦電池免受空氣和水的影響。同時，非晶硅的頂電池可以吸收紫外光，避免了鈣鈦礦電池受到紫外光誘導衰減的影響。
[0007]一種疊層太陽能電池，該電池由非晶硅薄膜太陽能頂電池，鈣鈦礦薄膜太陽能中電池，納米晶硅薄膜或納米晶硅鍺薄膜或非晶硅鍺薄膜太陽能底電池三種子電池組件依次層狀疊合構成。
[0008]在不同子電池之間加入或不加入透明導電的中間層；
[0009]按從上至下的層疊方式，加入透明導電的中間層電池結構依次各層排列按照不同襯底分為兩種(以下的“/”表示層與層間隔):
[0010]a.第一襯底/第一背電極/第一 N型娃薄膜層(包括N型非晶娃薄膜,N型氧化娃薄膜，N型納米晶硅薄膜)/第一納米晶硅I層、納米晶硅鍺I層或非晶硅鍺I層/第一 P型硅薄膜(包括P型非晶硅薄膜，P型納米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜，P型納米晶碳化硅薄膜)/第一一中間層/第一電子傳輸層/第一鈣鈦礦吸收層/第一空穴傳輸層/第一二中間層/第一非晶硅N層/第一非晶硅I層/第一非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層/第一前電極/第一柵線電極；
[0011]或b.第二玻璃/第二前電極/第二 P型硅薄膜層(非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層)/第二非晶硅I層/第二 N型硅薄膜層(包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型納米晶硅薄膜)/第二一中間層/第二空穴傳輸層/第二鈣鈦礦吸收層/第二電子傳輸層/第二二中間層/第二 P型硅薄膜層(非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層)/第二納米晶硅I層、納米晶硅鍺I層或非晶硅鍺I層/第二 N型硅薄膜層(包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型納米晶硅薄膜)/第二背電極；
[0012]或者，不加入透明導電的中間層電池結構與上述a或b電池結構區別為無其中所述的中間層。
[0013]一種疊層太陽能電池，該電池由非晶硅薄膜太陽能頂電池，鈣鈦礦太陽能中電池，晶體硅或者多晶硅太陽能底電池三種子電池組件依次層狀疊合構成。
[0014]在不同子電池之間加入或不加入透明導電的中間層；
[0015]按從下至上的層疊方式，加入透明導電的中間層電池結構依次各層排列按照不同襯底分為兩種:
[0016]c.基于N-型硅片的晶體硅底電池(由第三背電極，第三N型硅片，第三P型摻雜層構成)/第三一中間層/第三電子傳輸層/第三I丐鈦礦吸收層/第三空穴傳輸層/第三二中間層/第三N型硅薄膜層(包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型納米晶硅薄膜)/第三非晶硅I層/第三P型硅薄膜層(包括非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層)/第三前電極/第三柵線電極；
[0017]或d.HIT類型的底電池(由第四背電極，第四非晶硅N層，第四非晶硅I層1，第四N型硅片，第四非晶硅I層2，第四非晶硅P層構成/第四一中間層/第四電子傳輸層/第四鈣鈦礦吸收層/第四空穴傳輸層/第四二中間層/第四N型硅薄膜層(包括N型非晶硅薄膜，N型氧化硅薄膜，N型納米晶硅薄膜)/第四非晶硅I層/第四P型硅薄膜層(包括非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層)第四前電極/第四柵線電極；
[0018]或者，不加入透明導電的中間層電池結構與上述a或b電池結構區別為無其中所述的中間層。
[0019]一種疊層太陽能電池，該電池由非晶硅太陽能頂電池和鈣鈦礦太陽能底電池二種子電池組件依次層狀疊合構成雙疊層電池。
[0020]在子電池之間加入或不加入透明導電的中間層；
[0021]加入透明導電的中間層電池結構依次各層排列按照不同襯底分為兩種:
[0022]按從上至下的層疊方式，e.第五玻璃/第五前電極/第五非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層、或者納米晶硅P層/第五非晶硅I層/第五非晶硅N層/第五中間層/第五空穴傳輸層/第五I丐鈦礦吸收層/第五電子傳輸層/第五背電極；
[0023]按從下至上的層疊方式，或f.第六襯底/第六背電極/第六電子傳輸層/第六鈣鈦礦吸收層/第六空穴傳輸層/第六中間層/第六非晶娃N層/第六非晶娃I層/第六非晶硅P層、或者非晶碳化硅P層或者納米晶硅P層/第六前電極/第六柵電極；
[0024]或者，不加入透明導電的中間層電池結構與上述a或b電池結構區別為無其中所述的中間層。
[0025]玻璃(bl，el，)為超薄超白玻璃，厚度在0.1-1毫米之間，透光率在92_100%。
[0026]前電極(al4，b2, cl2, dl5, e2, flO)包括但不限于銦錫氧化物半導體透明導電薄膜(ΙΤ0)、摻雜氟的氧化錫透明導電薄膜(FTO)、鋁摻雜的氧化鋅透明導電薄膜(AZO)、聚3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽透明導電薄膜(PED0T:PSS)、碳納米管、石墨烯、金屬納米線、金屬納米線組成的網狀結構、納米厚度金屬薄膜中的一種，兩種或兩種以上材料構成和復合薄膜。
[0027]非晶硅子電池由P型硅薄膜層(包括P型非晶硅薄膜，P型納米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜等，厚度范圍為10_15nm)、本征非晶硅薄膜吸收層與η型硅薄膜層組成，厚度范圍為15-25nm。本征層厚度為250_350nm，所使用的方法為PECVD。
[0028]納米晶硅(納米晶硅鍺，非晶硅鍺)子電池又P型硅薄膜層(P型非晶硅薄膜，或者P型納米晶硅薄膜，P型碳化硅薄膜等，厚度為10-15nm)，本征非晶硅薄膜吸收層，N型硅薄膜(包括N型非晶硅薄膜，N型納米晶硅薄膜，厚度范圍為15-20nm)層組成，I層厚度為1000-2000 μ m,說