一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制备方法与流程

1.本发明主要涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种图形化隧穿层的晶硅钙钛矿叠层太阳能电池及制备方法。


背景技术：

2.太阳能作为被重视的新型清洁能源之一，具有资源量大、成本低廉的优势。利用光伏电池将太阳能转化为电能，是目前最有效利用太阳能的方式之一。其中，单晶硅、多晶硅等太阳能电池已有比较成熟的产业化技术。而近年来，钙钛矿太阳能电池受到科学界和工业界的广泛关注，该电池具有带隙可调节、激子束缚力小、光电转换效率高等优势。
3.目前，晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池常采用全覆盖的透明导电氧化物薄膜作为中间隧穿层。该层的厚度常为10~100nm左右，其对于波长300~1200nm的光透过率通常在90%以下，这造成了器件在吸光方面的损失。从另一方面讲，高效的晶硅钙钛矿叠层太阳能电池要求其中间隧穿层有着较好的纵向导通性而非横向导通性。全覆盖的中间隧穿层能够横向导通电子和空穴，这一特性会造成一定的非复合损失，从而降低器件的效率。
4.cn216958063u公开了一种叠层太阳电池，为了提高电池的光吸收效率，该专利在顶层钙钛矿电池上采用激光开设透光孔，从而达到全光谱的透过，然而该方法直接在顶电池上开设盲孔会破坏钙钛矿电池各层的结构，影响整体的器件效率，该透光孔在应用过程中也同样存在清洗困难的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有晶硅钙钛矿叠层太阳能电池中光电转换效率以及稳定性的问题，提出了一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制作方法，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化隧穿层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
6.一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，包括依次层叠的底电池、图形化隧穿层及顶电池；所述图形化隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%~80%。
7.具体地，所述图形化隧穿层为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种组成，厚度为10~100nm。
8.所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、p型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、n型基底掺杂层，所述n型基底掺杂层与所述图形化隧穿层接触。
9.所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层，所述空穴传输层与所述图形化隧穿层接触。
10.具体地，所述空穴传输层填充所述图形化隧穿层中的空隙并与所述n型基底掺杂层接触。
11.具体地，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层为银(ag)、金(au)、铜(cu)、铝(al)、碳(c)中的至少一种；
12.具体地，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层为氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种；
13.具体地，所述空穴传输层为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](ptaa)、聚-3己基噻吩(p3ht)、氧化镍(nio
x
)、氧化钼(moo
x
)、碘化亚铜(cui)、硫氰酸亚铜(cuscn)中的至少一种；
[0014]
具体地，所述钙钛矿吸收层为abx3结构，a为为有机阳离子，包括ch3nh
3 +
(ma
+ )、nh2ch＝nh
2+ (fa
+
)、ch3ch2nh
3+
或cs
+
中的至少一种；
[0015]
b为是金属阳离子，包括pb
2+
、sn
2+
中的至少一种；
[0016]
c为是卤素阴离子，包括f-、cl-、br-、i-中的至少一种；
[0017]
所述钝化层为丙二胺碘、丙二胺溴(pdadbr)、丁基氯化胺(bacl)、丁基溴化胺(babr)、丁基碘化胺(bai)、n,n-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (dmepdadcl)、十二二胺溴(dddadbr)、氟化镁、氟化锂(lif)、氟化钠(naf) 中的至少一种；
[0018]
优选的，所述钝化层为丙二胺碘或氟化镁的至少一种组成，厚度为4nm；
[0019]
所述电子传输层为氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2)、[6 ,6]-苯基c
61
丁酸甲酯(pc
61
bm)、碳60(c
60
)，2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(bcp)中的至少一种；
[0020]
所述的缓冲层为氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2) 中的至少一种；
[0021]
所述减反射层为氟化镁、氟化锂(lif)、氟化钠(naf)、氧化硅(sio2)中的至少一种；
[0022]
所述空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层的厚度为1-600 nm。
[0023]
本发明提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，采用图形化的透明金属导电氧化物薄膜作为晶硅钙钛矿叠层太阳能电池的隧穿层，该隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，增加了隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度。另外，相比于全覆盖的隧穿层，本技术方案采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0024]
本发明还提供一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0025]
步骤一：提供一硅衬底，在硅衬底的一面依次制备基底钝化层和p型基底掺杂层，另一面依次制备基底表面钝化层和n型基底掺杂层；
[0026]
步骤二：在所述p型基底掺杂层上依次制备第一透明电极层、第一金属电极层；
[0027]
所述第一金属电极层、第一透明电极层、p型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、表面钝化层和n型基底掺杂层依次层叠组成底电池；
[0028]
步骤三：在所述n型基底掺杂层的表面制备图形化隧穿层，所述图形化隧穿层采用光刻法辅助的磁控溅射法制备；
[0029]
具体地，在上述步骤所述底电池的所述n型基底掺杂层的表面涂敷光刻胶，提供一
带有多孔图形结构的掩模，孔径为0~100nm，孔占比为50%~80%，将所述掩模放置在光刻胶上方对所述光刻胶进行显影蚀刻，得到图形化光刻胶，设置磁控溅射设备的控制功率为80w，采用磁控溅射的方法在所述图形化光刻胶上形成一隧穿层，对所述隧穿层进行平整化处理，以及去除多余的光刻胶，得到图形化隧穿层；
[0030]
在另一实施方式中，所述图形化隧穿层还可以采用光刻法辅助的原子层沉积法或湿化学法制备；
[0031]
步骤四：在所述图形化隧穿层上制备空穴传输层, 所述空穴传输层采用旋涂法或磁控溅射法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0032]
步骤五：在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0033]
步骤六：在所述钙钛矿吸收层上制备钝化层，所述钝化层采用蒸镀法、旋涂法、喷涂法的至少一种制备；
[0034]
步骤七：在所述钝化层的表面制备电子传输层，所述电子传输层采用旋涂法、或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0035]
步骤八：在所述电子传输层的表面制备缓冲层，所述缓冲层采用旋涂法、原子层沉积法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0036]
步骤九：在所述缓冲层的表面制备第二透明电极层，所述第二透明电极层采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0037]
步骤十：在所述第二透明电极层的表面制备第二金属电极层，所述第二金属电极层采用蒸镀法或丝网印刷法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0038]
步骤十一：在所述第二金属电极层的表面制备减反射层，所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm，得到一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池；
[0039]
本发明提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，通过光刻法辅助的沉积工艺在晶硅底电池及钙钛矿顶电池之间形成图形化的隧穿层，该隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，增加了隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度。另外，相比于全覆盖的隧穿层，本技术方案采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0040]
该方法采用光刻工艺制备完成的图形化隧穿层的多个组成柱体精细度以及比表面积更高，柱体的侧壁以及顶面与沉积的空穴传输层有更大的接触面积，器件的稳定性和光传输效率更佳。
附图说明
[0041]
图1为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的结构示意图；
[0042]
图2为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的图形化隧穿层俯视截面示意图；
[0043]
图3为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的图形化隧穿层截面示意图；
[0044]
图4为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的底电池示意图；
[0045]
图5为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的光刻胶涂敷工艺示意图；
[0046]
图6为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的显影工艺示意图；
[0047]
图7为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的去胶工艺示意图；
[0048]
图8为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的隧穿层溅射工艺示意图；
[0049]
图9为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的平整化工艺示意图；
[0050]
图10为本发明实施例中一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的图形化隧穿层结构示意图。
[0051]
11、底电池；110、第一金属电极层；111、第一透明电极层；112、p型基底掺杂层；113、基底钝化层；114、硅衬底；115、基底表面钝化层；116、n型基底掺杂层；117、图形化隧穿层；118、光刻胶；119、图形化光刻胶；120、掩模；121、隧穿层；21、顶电池；210、空穴传输层；211、钙钛矿吸收层；212、钝化层；213、电子传输层；214、缓冲层；215、第二透明电极层；216、第二金属电极层；217、减反射层。
具体实施方式
[0052]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0053]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0054]
请参阅图1~3，本发明提供一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，包括依次层叠的底电池11、图形化隧穿层117及顶电池21；所述图形化隧穿层117由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层117中的空间占比为50%~80%。
[0055]
具体地，所述图形化隧穿层117为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种组成，厚度为10~100nm。
[0056]
所述底电池11包括依次层叠的第一金属电极层110、第一透明电极层111、p型基底掺杂层112、基底钝化层113、硅衬底114、基底表面钝化层115、n型基底掺杂层116，所述n型基底掺杂层116与所述图形化隧穿层117接触。
[0057]
所述顶电池21包括依次层叠的空穴传输层210、钙钛矿吸收层211、钝化层212、电子传输层213、缓冲层214、第二透明电极层215、第二金属电极层216、减反射层217，所述空穴传输层210与所述图形化隧穿层117接触。
[0058]
具体地，所述空穴传输层210填充所述图形化隧穿层117中的空隙并与所述n型基底掺杂层116接触。
[0059]
具体地，所述第一金属电极层110和所述第二金属电极层216为银(ag)、金(au)、铜(cu)、铝(al)、碳(c)中的至少一种；
[0060]
具体地，所述第一透明电极层111和所述第二透明电极层215为氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种；
[0061]
具体地，所述空穴传输层210为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](ptaa)、聚-3己基噻吩(p3ht)、氧化镍(nio
x
)、氧化钼(moo
x
)、碘化亚铜(cui)、硫氰酸亚铜(cuscn)中的至少一种；
[0062]
具体地，所述钙钛矿吸收层211为abx3结构，a为为有机阳离子，包括ch3nh
3 +
(ma
+ )、nh2ch＝nh
2+ (fa
+
)、ch3ch2nh
3+
或cs
+
中的至少一种；
[0063]
b为是金属阳离子，包括pb
2+
、sn
2+
中的至少一种；
[0064]
c为是卤素阴离子，包括f-、cl-、br-、i-中的至少一种；
[0065]
所述钙钛矿吸收层211由钙钛矿前驱液制备得到，具体地，所述钙钛矿前驱液的溶解溶剂包括二甲基甲酰胺 (dmf)、g-丁内酯 (gbl)、二甲基亚砜 (dmso)和n,n-二甲基乙酰胺 (dma)中的至少一种，溶剂比例在0~3：10~7之间；
[0066]
所述钝化层212为丙二胺碘、丙二胺溴(pdadbr)、丁基氯化胺(bacl)、丁基溴化胺(babr)、丁基碘化胺(bai)、n,n-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (dmepdadcl)、十二二胺溴(dddadbr)、氟化镁、氟化锂(lif)、氟化钠(naf) 中的至少一种；
[0067]
优选的，所述钝化层212为丙二胺碘或氟化镁的至少一种组成，厚度为4nm；
[0068]
所述电子传输层213为氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2)、[6 ,6]-苯基c
61
丁酸甲酯(pc
61
bm)、碳60(c
60
)，2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(bcp)中的至少一种；
[0069]
所述的缓冲层214为氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2) 中的至少一种；
[0070]
所述减反射层217为氟化镁、氟化锂(lif)、氟化钠(naf)、氧化硅(sio2)中的至少一种；
[0071]
所述空穴传输层210、钙钛矿吸收层211、电子传输层213、缓冲层214、第二透明电极层215、第二金属电极层216、减反射层217的厚度为1-600 nm。
[0072]
本发明提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，采用图形化的透明金属导电氧化物薄膜作为晶硅钙钛矿叠层太阳能电池的隧穿层，该隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，增加了隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度。另外，相比于全覆盖的隧穿层，本技术方案采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0073]
请参阅图1~3，本发明还提供一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0074]
步骤一：提供一硅衬底114，在硅衬底114的一面依次制备基底钝化层113和p型基底掺杂层112，另一面依次制备基底表面钝化层115和n型基底掺杂层116；
[0075]
步骤二：在所述p型基底掺杂层112上依次制备第一透明电极层111、第一金属电极层110；
[0076]
优选的，所述第一透明电极层111采用的磁控溅射法，将上述步骤制备的基底样片
置于磁控溅射设备中，控制功率在50~200w之间；具体地，将上述步骤制备的基底样片置于磁控溅射设备中，设置ito靶材，控制功率为60w，运行时间为1.5h，得到第一透明电极层111；
[0077]
优选的，所述第一金属电极层110采用蒸镀法，将上述步骤制备的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5
×
10-5
~2
×
10-4 pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5
ꢀå
/s，得到第一金属电极层110；
[0078]
所述第一金属电极层110、第一透明电极层111、p型基底掺杂层112、基底钝化层113、硅衬底114、表面钝化层115和n型基底掺杂层116依次层叠组成底电池11；
[0079]
步骤三：在所述n型基底掺杂层116的表面制备图形化隧穿层117，所述图形化隧穿层117采用光刻法辅助的磁控溅射法制备；
[0080]
具体地，请参阅图4~10，在上述步骤所述底电池11的所述n型基底掺杂层116的表面涂敷光刻胶118，提供一带有多孔图形结构的掩模120，孔径为0~100nm，孔占比为50%~80%，将所述掩模120放置在光刻胶118上方对所述光刻胶118进行显影蚀刻，得到图形化光刻胶119，设置磁控溅射设备的控制功率为80w，采用磁控溅射的方法在所述图形化光刻胶119上形成一隧穿层121，对所述隧穿层121进行平整化处理，以及去除多余的光刻胶，得到图形化隧穿层117；
[0081]
所述图形化隧穿层117由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层117中的空间占比为50%~80%；
[0082]
具体地，所述图形化隧穿层117为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种组成，厚度为10~100nm；
[0083]
在另一实施方式中，所述图形化隧穿层117还可以采用光刻法辅助的原子层沉积法或湿化学法制备；
[0084]
步骤四：在所述图形化隧穿层117上制备空穴传输层210, 所述空穴传输层210采用旋涂法或磁控溅射法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0085]
具体地，所述空穴传输层采用的旋涂法，将空穴传输层分散液均匀涂覆在所述图形化隧穿层117表面，旋涂转速为1000-5000rpm，旋涂时间为10-100s，旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为300-600℃，退火时间为10-50 min，得到空穴传输层210；
[0086]
具体地，所述空穴传输层210采用的磁控溅射法，将上一步骤制备好的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率为30-90w，溅射得到所述空穴传输层210；
[0087]
所述空穴传输层210填充所述图形化隧穿层117中的空隙并与所述n型基底掺杂层116接触；
[0088]
步骤五：在所述空穴传输层210的表面制备钙钛矿吸收层211，所述钙钛矿吸收层211采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0089]
具体地，所述钙钛矿吸收层211采用的旋涂法，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传输层210表面，然后使用反溶剂进行动态旋涂，旋涂转速为1200~6000rpm，旋涂时间为20~120s，反溶剂滴定时间为开始转速后的10~50s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为50~150℃，退火时间为5~40 min，具体地，所述反溶剂包括甲苯(tol)、氯苯(cb)、乙酸乙酯(ea)中的至少一种；
[0090]
优选的，所述钙钛矿吸收层211采用的闪蒸法，将钙钛矿前驱液均匀涂覆在空穴传
输层210表面，旋涂转速为1000~6000rpm，旋涂时间为20~120s；旋涂结束后，进行闪蒸操作，闪蒸时间为10~60s，闪蒸温度为0~100℃，闪蒸结束后，进行退火处理，退火温度为50~150℃，退火时间为5~40 min；
[0091]
优选的，所述钙钛矿吸收层211采用的蒸镀法，将钙钛矿前驱粉末蒸发至上述空穴传输层210表面，蒸镀真空度在1
×
10
ꢀ‑
4 ~3
×
10
ꢀ‑
4 pa之间，蒸镀温度为200~700℃；
[0092]
步骤六：在所述钙钛矿吸收层211上制备钝化层212，所述钝化层212采用蒸镀法、旋涂法、喷涂法的至少一种制备；
[0093]
具体地，所述钝化层212采用的蒸镀法，将丙二胺碘蒸发至所述钙钛矿吸收层211表面，蒸镀真空度为1~5
×
10-4 pa，蒸镀温度在50~400℃，蒸发速率在0.05-1
ꢀå
/s，蒸发结束后，进行退火操作，退火温度为0-150℃，退火时间为0-30 min；
[0094]
具体地，所述钝化层212采用的旋涂法，制备钝化层分散液并均匀涂覆在钙钛矿吸收层211表面，钝化层分散液为通过将丙二胺碘溶于包括但不限于有机溶剂甲醇、乙醇或异丙醇的溶液，进行超声溶解并旋涂，丙二胺碘浓度为0.1-6 mg/ml，超声时间为0-30 min，旋涂转速为1000-7000rpm，旋涂时间为20-120s；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为40-160℃，退火时间为5-40 min；
[0095]
具体地，所述钝化层212采用的喷涂法，将钝化层分散液喷涂在钙钛矿吸收层，喷涂速率为0-100 cm/s,喷涂结束后，进行退火操作，退火温度为20-170℃，退火时间为0-30 min；
[0096]
步骤七：在所述钝化层212的表面制备电子传输层213，所述电子传输层213采用旋涂法、或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0097]
具体地，所述电子传输层213采用的旋涂法，将电子传输层分散液均匀涂覆在钝化层212表面，旋涂转速为500~4000rpm，旋涂时间为10~80s；
[0098]
具体地，所述电子传输层213采用的蒸镀法，将电子传输层材料蒸发至上述步骤中的钝化层212表面，蒸镀真空度为5
×
10-5
~5
×
10-4 pa，蒸镀温度在100~400℃，蒸发速率在0.05~1
ꢀå
/s；
[0099]
步骤八：在所述电子传输层213的表面制备缓冲层214，所述缓冲层214采用旋涂法、原子层沉积法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0100]
具体地，所述缓冲层214采用的原子层沉积法，将缓冲层材料利用原子层沉积设备沉积至电子传输层213表面，沉积真空度为0~1
×
10
4 pa,沉积管道温度在50~150℃之间，沉积腔室温度为40~150℃；
[0101]
具体地，所述缓冲层214还可以采用蒸镀法，将缓冲层材料蒸发至上述电子传输层213表面，蒸镀真空度为6
×
10-5
~4
×
10-4 pa，蒸镀温度在100~500℃，蒸发速率在0.05~1
ꢀå
/s；
[0102]
步骤九：在所述缓冲层214的表面制备第二透明电极层215，所述第二透明电极层215采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0103]
具体地，所述第二透明电极层215采用的磁控溅射法，将透明电极材料溅射至上述缓冲层214表面，控制功率为30~200w；
[0104]
具体地，所述第二透明电极层215采用的蒸镀法，将透明电极材料蒸发至上述缓冲层214表面，蒸镀真空度为1
×
10-5
~5
×
10-4 pa，蒸镀温度在1000~2000℃，蒸发速率在0.05~3ꢀå
/s；
[0105]
步骤十：在所述第二透明电极层215的表面制备第二金属电极层216，所述第二金属电极层216采用蒸镀法或丝网印刷法的至少一种制备，厚度为1~600nm；
[0106]
具体地，所述第二金属电极层216采用蒸镀法，将上述步骤制备完成的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5
×
10-5
~2
×
10-4 pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5
ꢀå
/s，得到所述第二金属电极层216；
[0107]
所述第二金属电极216也可以采用丝网印刷法，在上述步骤制备完成的基底样片上制备金属栅线，得到第二金属电极层216；
[0108]
步骤十一：在所述第二金属电极层216的表面制备减反射层217，所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，，厚度为1~600nm，得到一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池；
[0109]
具体地，所述减反射层217采用的磁控溅射法，将减反射材料溅射至上述第二金属电极层216的表面，控制功率为30~200w；
[0110]
具体地，所述减反射层217采用的蒸镀法，将减反射材料蒸发至上述第二金属电极层216的表面，蒸镀真空度为5
×
10-5
~5
×
10-4 pa，蒸镀温度在1000~2000℃，蒸发速率在0~5
ꢀåꢀ
/s。
[0111]
本发明提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，通过光刻法辅助的沉积工艺在晶硅底电池及钙钛矿顶电池之间形成图形化的隧穿层，该隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，增加了隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度。另外，相比于全覆盖的隧穿层，本技术方案采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性， 减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。
[0112]
该方法采用光刻工艺制备完成的图形化隧穿层的多个组成柱体精细度以及比表面积更高，柱体的侧壁以及顶面与沉积的空穴传输层有更大的接触面积，器件的稳定性和光传输效率更佳。
[0113]
下面提供具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0114]
实施例1
[0115]
本发明提供的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，包括步骤：
[0116]
步骤一：提供一硅衬底114，在硅衬底114的一面依次制备基底钝化层113和p型基底掺杂层112，另一面依次制备基底表面钝化层115和n型基底掺杂层116；
[0117]
步骤二：在所述p型基底掺杂层112上依次制备第一透明电极层111、第一金属电极层110；
[0118]
所述第一透明电极层111采用的磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在60w，设置ito靶材，运行时间为1.5h，制备得到所述第一透明电极层111，厚度为100nm；
[0119]
所述第一金属电极层110采用的蒸镀法，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2
×
10-4 pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在
2.5
ꢀå
/s，将银蒸镀至层膜上，厚度为200nm；
[0120]
步骤三：在所述n型基底掺杂层的表面制备图形化隧穿层117，所述图形化隧穿层117采用光刻法辅助的磁控溅射法制备；在上述步骤所述底电池11的所述n型基底掺杂层的表面涂敷光刻胶118，提供一带有多孔图形结构的掩模120，孔径为100nm，孔占比为50%，将所述掩模120放置在光刻胶118上方对所述光刻胶118进行显影蚀刻，得到图形化光刻胶119，设置磁控溅射设备的控制功率为80w，采用磁控溅射的方法在所述图形化光刻胶119上形成一隧穿层121，对所述隧穿层121进行平整化处理，以及去除多余的光刻胶，得到图形化隧穿层117；
[0121]
所述图形化隧穿层117由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为100um，所述柱体在所述图形化隧穿层117中的空间占比为50%；
[0122]
所述图形化隧穿层117为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ito)组成，厚度为40nm；
[0123]
步骤四：在所述图形化隧穿层117上制备空穴传输层210, 将基底样片采用uv-ozone处理15 min，利用旋涂法，配备空穴传输层分散液，称取0.05 mol nio
x
粉末溶解于1 ml超纯水中，超声震荡20 min；将空穴传输层分散液均匀涂覆样片表面，设置旋涂转速为2000rpm，旋涂时间为40s，溶液量为100ul；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为450℃，退火时间为30 min,得到所述空穴传输层210，厚度为20 nm；
[0124]
步骤五：在所述空穴传输层210的表面制备钙钛矿吸收层211，利用闪蒸法，配备钙钛矿前驱液，称量等比钙钛矿原料粉末溶解于 1 ml dmf和dmso溶剂中，溶剂比例为8：2，磁力搅拌30 min，随后将样片置于旋涂仪基台上，设置旋涂转速为3500rpm，旋涂时间为30s，钙钛矿前驱液溶液量为120ul涂覆样片表面，旋涂结束后，将样片放置于闪蒸台上，设置闪蒸时间为30s，闪蒸温度为30℃,闪蒸结束后进行退火处理，设置退火温度为100℃，退火时间为15 min，得到钙钛矿吸收层211，厚度为500nm；
[0125]
步骤六：在所述钙钛矿吸收层211上制备钝化层212，所述钝化层212采用利用蒸镀法，称取3 mg丙二胺碘放置于坩埚中，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2
×
10-4 pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在0.1
å
/s，将丙二胺碘蒸镀至层膜上，厚度为4 nm，结束后设置退火台温度为100℃，进行8min退火操作；
[0126]
步骤七：在所述钝化层212的表面制备电子传输层213，所述电子传输层213采用的蒸镀法，将电子传输层材料蒸发至上述钝化层212表面，蒸镀真空度为1
×
10-4 pa，调节蒸发温度为200度，控制蒸发速率在0.1
å
/s，将c60蒸镀至层膜上，厚度为20 nm；
[0127]
步骤八：在所述电子传输层213的表面制备缓冲层214，所述缓冲层214利用原子层沉积法，设置原子层沉积设备真空度为0.5
×
104 pa,沉积管道温度在60℃之间，沉积腔室温度为70℃,将sno2蒸镀至所述电子传输层213上，厚度为15 nm；
[0128]
步骤九：在所述缓冲层214的表面制备第二透明电极层215，所述第二透明电极层215采用的磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在60w，设置izo靶材，运行时间为1.5h，制备得到所述第二透明电极层215，厚度为100nm；
[0129]
步骤十：在所述第二透明电极层215的表面制备第二金属电极层216，所述第二金属电极层216采用的蒸镀法，将基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2
×
10-4 pa时进行蒸镀，调节蒸发温度为1000度，控制蒸发速率在2.5
ꢀå
/s，将银蒸镀至所
述第二透明电极层215上，厚度为100nm；
[0130]
步骤十一：在所述第二金属电极层216的表面制备减反射层217，所述减反射层217采用蒸镀法，将基底样片放置于掩模板上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为1
×
10-4 pa时进行蒸镀，调节蒸发温度为1300度，控制蒸发速率在2
å
/s，将氟化镁蒸镀至所述第二金属电极层216上，厚度为100nm，得到一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池。
[0131]
对比例1
[0132]
该对比例提供一种全覆盖隧穿层的叠层太阳能电池及制备方法，与上述实施例相比的不同在于：
[0133]
步骤三：在所述n型基底掺杂层116的表面制备全覆盖隧穿层，所述全覆盖图形化隧穿层采用磁控溅射法制备，设置磁控溅射设备的控制功率为80w，采用磁控溅射的方法在所述n型基底掺杂层116的表面形成一层厚度为40nm的透明金属导电氧化物薄膜，得到该全覆盖隧穿层，后续步骤与实施例1一致，最终得到一种全覆盖隧穿层的叠层太阳能电池。
[0134]
利用太阳光模拟器，进行一个标准太阳光强校准，并对面积为1.0 cm2的以上实施例及对比例得到器件进行iv测试，设置起始电压为1.95v，截止电压为0v，量程为100 ma，结果保留两位小数，其测试结果如表1所示：
[0135]
器件隧穿层透过率（%）横向导通方阻（ω/
□
）开路电压（v）短路电流密度 （ma/cm2） 光电转化效率（%）实施例195.4∞1.9920.230.2对比例189.22141.9819.529.1
[0136]
本发明提供一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池及制备方法，采用图形化隧穿层工艺，其结构能够增强隧穿层的光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高器件光电转换效率。相较于全覆盖隧穿层的器件结构，有图形化隧穿层的器件的吸光表现更优，其中间隧穿层的透光率从89.2%提升至了95.4%。这使得器件的短路电流密度提升了0.7ma/cm2。另外，该图形化隧穿层具有横向不可导通的特性，相较于全覆盖的隧穿层，减少了一定的器件非复合损失，这使得器件的开路电压有了0.01v的提升。具有图形化隧穿层的叠层电池，光电转化效率表现更优，其效率相较于全覆盖隧穿层的电池，提升了1.1个百分点。
[0137]
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，这些对本发明权利要求进行等同替换后的技术方案，均落于本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的底电池、图形化隧穿层及顶电池；所述图形化隧穿层由多个阵列分布的柱体组成，每个所述柱体的直径为0~100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%~80%。2.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化隧穿层为透明金属导电氧化物薄膜，采用氧化铟锡(ito)、铟锌氧化物(izo)、氧化锌铝(azo)中的至少一种组成，厚度为10~100nm。3.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，每个所述柱体的直径为100um，所述柱体在所述图形化隧穿层中的空间占比为50%。4.根据权利要求1所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述图形化隧穿层采用氧化铟锡(ito)组成，厚度为40nm。5.根据权利要求1~4任一项所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述底电池包括依次层叠的第一金属电极层、第一透明电极层、p型基底掺杂层、基底钝化层、硅衬底、基底表面钝化层、n型基底掺杂层，所述n型基底掺杂层与所述图形化隧穿层接触；所述顶电池包括依次层叠的空穴传输层、钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层，所述空穴传输层与所述图形化隧穿层接触。6.根据权利要求5所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层填充所述图形化隧穿层中的空隙并与所述n型基底掺杂层接触。7.根据权利要求5所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、第二透明电极层、第二金属电极层、减反射层的厚度为1-600 nm。8.一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：步骤一：提供一硅衬底，在硅衬底的一面依次制备基底钝化层和p型基底掺杂层，另一面依次制备基底表面钝化层和n型基底掺杂层；步骤二：在所述p型基底掺杂层上依次制备第一透明电极层、第一金属电极层；步骤三：在所述n型基底掺杂层的表面制备图形化隧穿层，所述图形化隧穿层采用光刻法辅助的磁控溅射法制备；步骤四：在所述图形化隧穿层上制备空穴传输层, 所述空穴传输层采用旋涂法或磁控溅射法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤五：在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿吸收层，所述钙钛矿吸收层采用旋涂法、闪蒸法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤六：在所述钙钛矿吸收层上制备钝化层，所述钝化层采用蒸镀法、旋涂法、喷涂法的至少一种制备；步骤七：在所述钝化层的表面制备电子传输层，所述电子传输层采用旋涂法、或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤八：在所述电子传输层的表面制备缓冲层，所述缓冲层采用旋涂法、原子层沉积法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤九：在所述缓冲层的表面制备第二透明电极层，所述第二透明电极层采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤十：在所述第二透明电极层的表面制备第二金属电极层，所述第二金属电极层采
用蒸镀法或丝网印刷法的至少一种制备，厚度为1~600nm；步骤十一：在所述第二金属电极层的表面制备减反射层，所述减反射层采用磁控溅射法或蒸镀法的至少一种制备，厚度为1~600nm，得到一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池。9.根据权利要求8所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤三采用光刻法辅助的磁控溅射法的具体步骤为：在上述步骤二中的n型基底掺杂层的表面涂敷光刻胶，提供一带有多孔图形结构的掩模，孔径为0~100nm，孔占比为50%~80%，将所述掩模放置在光刻胶上方对所述光刻胶进行显影蚀刻，得到图形化光刻胶；设置磁控溅射设备的控制功率为80w，采用磁控溅射的方法在所述图形化光刻胶上形成一隧穿层，对所述隧穿层进行平整化处理，以及去除多余的光刻胶，得到图形化隧穿层。10.根据权利要求8所述的一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤三中的图形化隧穿层采用光刻法辅助的原子层沉积法或湿化学法的至少一种制备。

技术总结
本发明提出了一种图形化隧穿层的叠层太阳能电池，包括底电池、图形化隧穿层以及顶电池，通过在晶硅钙钛矿叠层电池之间设置一层多个阵列分布的柱体组成的图形化隧穿层，增加了光透过率，减少器件的吸光损失，从而提高了光电转换效率以及器件的短路电流密度；同时，采用多个柱体组成的隧穿层还具有横向不导通性，减少了器件的非复合损失，光电转换效率更优。光电转换效率更优。光电转换效率更优。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳黑晶光电技术有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/31