鈣鈦礦膜層、鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法以及電池產(chǎn)品與流程

本發(fā)明涉及硅太陽能電池，具體涉及到一種異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦/晶硅疊層電池是一種十分具有前景的光伏器件，目前小面積（1cm2左右）疊層電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)高達(dá)34.2%，遠(yuǎn)超目前主流的單結(jié)晶硅電池。它由晶硅底電池與鈣鈦礦頂電池組成，利用兩種材料的互補(bǔ)優(yōu)勢實現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，鈣鈦礦太陽能電池在制備過程中，由于鈣鈦礦材料的本征不穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)衰減快、電池放大過程中效率下降等問題，這在很大定程度上限制了其在實際應(yīng)用中的推廣。

2、為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在的解決方案主要是通過優(yōu)化鈣鈦礦的制備工藝，例如改變?nèi)軇⑻砑觿┗蛘咄嘶饤l件等，以改善鈣鈦礦的晶體質(zhì)量，從而提高其穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，還有一些研究嘗試通過引入其他材料作為緩沖層，例如氧化鋅、二氧化鈦等，以改善鈣鈦礦與底層電極之間的接觸，減少界面上的能量損失。

3、盡管現(xiàn)有的技術(shù)在一定程度上提高了鈣鈦礦太陽能電池的性能，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)有的制備工藝往往較為復(fù)雜，且對設(shè)備和環(huán)境的要求較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。其次，雖然引入緩沖層可以改善鈣鈦礦與其它層之間的接觸，減少缺陷和陷阱態(tài)，從而降低非輻射復(fù)合且防止離子遷移，這可能導(dǎo)致電池的長期穩(wěn)定性下降。最后，目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池在制備過程中存在衰減快、電池放大過程中效率下降等問題，限制了其在實際應(yīng)用中的推廣。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供鈣鈦礦/異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，能夠提高鈣鈦礦的晶粒尺寸和結(jié)晶質(zhì)量，同時利用超分子淀粉碘作為緩沖層可以防止離子遷移并修復(fù)晶格，從而達(dá)到高效穩(wěn)定的鈣鈦礦/異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備目的。

2、本申請首先提供一種鈣鈦礦膜層的制備方法，所述方法中使用晶種列陣法制備鈣鈦礦晶種；使用超分子化合物生成鈣鈦礦膜層的緩沖層。

3、進(jìn)一步的，所述使用超分子化合物生成鈣鈦礦膜層的緩沖層具體為：使用i2、fai、去離子水制備多碘離子溶液；然后將可溶性淀粉與去離子水制備淀粉水溶液混合加熱攪拌至透明，冷卻后過濾；最后，將兩個溶液混合形成藍(lán)色的超分子化合物溶液；

4、將所述超分子化合物溶液刮涂到鈣鈦礦膜層上隨后進(jìn)行退火處理。

5、本申請還提供鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，所述制備方法包含以下過程：

6、s1，選礦異質(zhì)結(jié)電池作為基底電池；

7、s2，在所述基底電池表面制備空穴傳輸層；

8、s3，在所述空穴傳輸層表面使用晶種列陣法制備鈣鈦礦膜層的晶種；

9、s4，對所述鈣鈦礦膜層進(jìn)行退火處理；

10、s5，制備超分子化合物緩沖層；

11、s6，制備電子傳輸層；

12、s7，制備tco層；

13、s8，電池雙面制備銀電極。

14、進(jìn)一步的，所述s1中選取前表面進(jìn)行絨面處理拋光且未制備金屬電極異質(zhì)結(jié)電池作為基底電池。

15、進(jìn)一步的，s4過程中涉及的退火條件的溫度為140度-160度退火的時間為10至20分鐘，得到鈣鈦礦膜層。

16、作為本申請的一種優(yōu)選實施方案，所述s5過程中，使用i2、fai、去離子水制備多碘離子溶液；然后將可溶性淀粉與去離子水制備淀粉水溶液混合加熱攪拌至透明，冷卻后過濾；最后，將兩個溶液混合形成藍(lán)色的超分子化合物溶液；

17、將所述超分子化合物溶液在鈣鈦礦膜層上制備成膜，隨后進(jìn)行退火處理。

18、基于上述方法，本申請還提供根據(jù)前述鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法制得的電池。

19、本技術(shù)方案的有益效果如下：

20、1、本發(fā)明采用超分子淀粉碘作為緩沖層，可以有效防止離子遷移，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性。這是現(xiàn)有技術(shù)中無法做到的，現(xiàn)有的制備工藝雖然引入了緩沖層，導(dǎo)致電池的長期穩(wěn)定性下降。

21、2、本發(fā)明的超分子淀粉碘還可以修復(fù)鈣鈦礦晶格，改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷密度，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率。

22、3、本發(fā)明的超分子淀粉碘作為緩沖層，還可以鈣鈦礦層與電子傳輸層（etl）間的載流子傳輸失，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的整體效率。

23、淀粉-碘化物層的存在不僅沒有阻礙載流子傳輸，反而通過氫鍵作用幫助鈍化鈣鈦礦層的表面缺陷，優(yōu)化了電子傳輸層（如sno2）與鈣鈦礦層之間的接觸，進(jìn)一步提升器件的整體性能。這是現(xiàn)有技術(shù)中通過引入其他材料作為緩沖層所無法實現(xiàn)的，現(xiàn)有的緩沖層雖然可以改善鈣鈦礦與電子傳輸層之的接觸，但并不能有效減少界面上的能量損失。

24、4、本發(fā)明的鈣鈦礦太陽能電池的制備過程簡單，對設(shè)備和環(huán)境的要求較低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。這是現(xiàn)有技術(shù)中通過優(yōu)化鈣鈦礦的制備工藝所無法實現(xiàn)的，現(xiàn)有的制備工藝往往較為復(fù)雜，且對設(shè)備和環(huán)境的要求較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

25、5、本發(fā)明的鈣鈦礦太陽能電池的面積較大，可以滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的需求。這是現(xiàn)有技術(shù)中鈣鈦礦太陽能電池的面積仍然較小，無法滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的需求的問題。

技術(shù)特征：

1.鈣鈦礦膜層的制備方法，其特征在于，所述方法中使用晶種列陣法制備鈣鈦礦晶種；使用超分子化合物生成鈣鈦礦膜層的緩沖層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦膜層的制備方法，其特征在于，所述使用超分子化合物生成鈣鈦礦膜層的緩沖層具體為：使用i2、fai、去離子水制備多碘離子溶液；然后將可溶性淀粉與去離子水制備淀粉水溶液混合加熱攪拌至透明，冷卻后過濾；最后，將兩個溶液混合形成藍(lán)色的超分子化合物溶液；

3.鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包含以下過程：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，其特征在于，所述s1中選取前表面進(jìn)行絨面處理拋光且未制備金屬電極異質(zhì)結(jié)電池作為基底電池。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，其特征在于，s4過程中涉及的退火條件的溫度為140度-160度退火的時間為10至20分鐘，得到鈣鈦礦膜層。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法，其特征在于，所述s5過程中，使用i2、fai、去離子水制備多碘離子溶液；然后將可溶性淀粉與去離子水制備淀粉水溶液混合加熱攪拌至透明，冷卻后過濾；最后，將兩個溶液混合形成藍(lán)色的超分子化合物溶液；

7.鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池，其特征在于，所述電池根據(jù)權(quán)利要求3至6任一項所述的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供鈣鈦礦膜層、鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層電池的制備方法以及電池產(chǎn)品，鈣鈦礦膜層的制備方法使用晶種列陣法制備鈣鈦礦晶種；使用超分子化合物生成鈣鈦礦膜層的緩沖層。本申請還提供基于該鈣鈦礦膜層制得的異質(zhì)結(jié)疊層電池，該異質(zhì)結(jié)疊層電池能夠提高鈣鈦礦的晶粒尺寸和結(jié)晶質(zhì)量，同時利用超分子淀粉碘作為緩沖層可以防止離子遷移并修復(fù)晶格，從而制得高效穩(wěn)定的鈣鈦礦/晶硅疊層電池。

技術(shù)研發(fā)人員：廖紀(jì)星,姚美靈,黃強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中能創(chuàng)低碳新能源科技（常州）有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/14