一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法及电池结构
阅读说明：本技术 一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法及电池结构 (Perovskite crystal silicon laminated solar cell manufacturing method and cell structure ) 是由 不公告发明人 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法,包括如下步骤：S100、对P型硅片的底部表面进行制绒,顶部表面进行制绒或者抛光,形成硅片基底；S200、采用包括但不限于热生长法,原子沉积法或等离子体增强化学气相沉积法在所述硅片基底底部表面制成底部钝化层,并通过包括但不限于激光刻蚀开孔的方法对底部钝化层进行开孔,形成底电极开孔钝化层。还包括方法制作的电池结构。本发明直接采用双面钝化的且可以独立作为太阳能电池使用的电池结构,同时具有有效的重掺杂复合层,以形成整体的电池结构,并依据这种结构提供结构的制作方法,精良高效；本方案形成的电池结构开路电压高、制备成本低廉,光电效率高。(The invention discloses a manufacturing method of a perovskite crystalline silicon laminated solar cell, which comprises the following steps: s100, performing texturing on the bottom surface of a P-type silicon wafer, and performing texturing or polishing on the top surface of the P-type silicon wafer to form a silicon wafer substrate; and S200, manufacturing a bottom passivation layer on the bottom surface of the silicon wafer substrate by adopting a thermal growth method, an atomic deposition method or a plasma enhanced chemical vapor deposition method, and opening the bottom passivation layer by adopting a laser etching opening method to form a bottom electrode opening passivation layer. Also included are battery structures made by the methods. The invention directly adopts a battery structure which is passivated on two sides and can be independently used as a solar battery, and is provided with an effective heavy doping composite layer to form an integral battery structure; the battery structure formed by the scheme has high open circuit voltage, low preparation cost and high photoelectric efficiency.)
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法及电池结构。
背景技术
光伏能源作为最重要的可再生能源之一，近年来发展十分迅猛。太阳能电池作为光伏能源系统的最重要部分，提高其光电转换效率为减低光伏能源成本的最重要方式。
目前产业化的晶体硅光伏电池已逐渐接近瓶颈，效率提升较小，而叠层光伏电池由于其更高的极限效率，为减低光伏能源的度电成本提供最有利理论技术支持。
钙钛矿材料具有成本低廉，带隙可调等特点，与硅底电池结合的钙钛矿-晶体硅叠层太阳电池可将硅太阳能电池的效率极限提升至40%以上，被光伏业内认为是最有希望的下一代光伏技术。
现阶段的晶体硅钙钛矿叠层太阳能电池，由于制备工艺需要，底电池的前表面一般采用抛光而未钝化的发射极，导致叠层电压较低而影响整体的光电转换效率。因此，具备有前表面钝化切能够提供有效复合的叠层结构可以更进一步的提供光伏电池的效率，降低光伏系统的发电成本。基于此，需要开发出相应的太阳能电池结构。
发明内容
有鉴于上述情况，本发明的目的之一是提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法，方案如下：
一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法，包括如下步骤：
S100、对P型硅片的底部表面进行制绒，顶部表面进行制绒或者抛光，形成硅片基底（110）；
S200、在所述硅片基底（110）底部表面制成底部钝化层，并对底部钝化层进行开孔，形成底电极开孔钝化层（120）；
S300、所述底电极开孔钝化层（120）上制备金属底电极层（130）；
S400、在所述硅片基底（110）的顶部表面制成第一钝化层（140）；
S500、在所述第一钝化层（140）上制备N型重掺多晶层（150）；
S600、在所述N型重掺多晶层（150）上制备第二钝化层（160）；
S700、在所述第二钝化层（160）上制备P型重掺多晶层（170）；
S800、在所述P型重掺多晶层（170）上制备空穴传输层（210）；
S900、在所述空穴传输层（210）上制备钙钛矿吸光层（220）；
S1000、在所述钙钛矿吸光层（220）上制备电子传输层（230）；
S1100、在所述电子传输层（230）上制备顶电极缓冲层（240）；
S1200、在所述顶电极缓冲层（240）上制备透明电极（250）；
S1300、在所述透明电极（250）上制备金属栅线电极层（260）；
S1400、在所述金属栅线电极层（260）上制备减反射层（270）。
在所述硅片基底（110）底部表面制成底部钝化层包括：
采用热生长法，或者原子沉积法或等离子体增强化学气相沉积法在所述硅片基底（110）底部表面制成底部钝化层；
对底部钝化层进行开孔，形成底电极开孔钝化层包括：通过激光刻蚀开孔的方法对底部钝化层进行开孔，形成底电极开孔钝化层（120）。
在所述底电极开孔钝化层（120）上制备金属底电极层（130）包括：
采用电镀法、或者蒸镀法或印刷法在所述底电极开孔钝化层（120）上制备金属底电极层（130）。
在所述硅片基底（110）的顶部表面制成第一钝化层（140）包括：采用等离子体增强化学气相沉积法和热生长法在所述硅片基底（110）的顶部表面制成第一钝化层（140）；和/或
在所述第一钝化层（140）上制备N型重掺多晶层（150）包括：采用等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法在所述第一钝化层（140）上制备N型重掺多晶层（150）；和/或
在所述N型重掺多晶层（150）上制备第二钝化层（160）包括：采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法和热生长法在所述N型重掺多晶层（150）上制备第二钝化层（160）；和/或
在所述第二钝化层（160）上制备P型重掺多晶层（170）包括：采用等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法在所述第二钝化层（160）上制备P型重掺多晶层（170）。
在所述P型重掺多晶层（170）上制备空穴传输层（210）包括：采用旋涂、或者蒸镀、或者溅射、或者喷涂、或者热喷雾分解、或者刮涂、或者印刷和狭缝涂布的方法在所述P型重掺多晶层（170）上制备空穴传输层（210）；和/或
在所述空穴传输层（210）上制备钙钛矿吸光层（220）包括：采用旋涂、或者蒸镀、或者溅射、或者喷涂、或者热喷雾分解、或者刮涂、或者印刷和狭缝涂布的方法在所述空穴传输层（210）上制备钙钛矿吸光层（220）；和/或
在所述空穴传输层（210）上制备钙钛矿吸光层（220）：采用旋涂、或者蒸镀、或者溅射、或者喷涂、或者热喷雾分解、或者刮涂、或者印刷和狭缝涂布的方法在所述钙钛矿吸光层（220）上制备电子传输层（230）。
在所述电子传输层（230）上制备顶电极缓冲层（240）包括：采用溅射、原子沉积和蒸镀方法在所述电子传输层（230）上制备顶电极缓冲层（240）；和/或
在所述顶电极缓冲层（240）上制备透明电极（250）包括：采用溅射、原子沉积和蒸镀方法在所述顶电极缓冲层（240）上制备透明电极（250）；和/或
在所述透明电极（250）上制备金属栅线电极层（260）包括：采用蒸镀、印刷和电镀方法在所述透明电极（250）上制备金属栅线电极层（260）；和/或
在所述金属栅线电极层（260）上制备减反射层（270）包括：采用蒸镀、溅射和原子沉积方法在所述金属栅线电极层（260）上制备减反射层（270）。
在所述步骤S100和S200之间，或步骤S300和S400之间通过管式硼扩散或链式硼扩散的方法在所述硅片基底（110）的顶部表面形成N型掺杂发射极层（180），则所述第一钝化层（140）形成于所述N型掺杂发射极层（180）的表面。
在所述步骤S100之前通过悬浮区熔法制备电阻率在1-5 ohm -cm的P型硅片备用。
本发明的目的之二是提供上述的一种太阳能电池制作方法制成的太阳能电池结构，所述太阳能电池结构为层状结构，且包括位于底部的底电极单元（100）和位于顶部的顶电极单元（200），该底电极单元（100）和顶电极单元（200）叠合形成整体；
所述底电极单元（100）包括硅片基底（110），所述硅片基底（110）采用P型硅制成，所述硅片基底（110）的底表面形成有底电极开孔钝化层（120），该底电极开孔钝化层（120）的底表面设置有金属底电极层（130）；所述硅片基底（110）的顶部表面形成有第一钝化层（140），该第一钝化层（140）的顶部表面形成有N型重掺多晶层（150），该N型重掺多晶层（150）的顶部表面形成有第二钝化层（160），该第二钝化层（160）的顶部表面形成有P型重掺多晶层（170）；
所述顶电极单元（200）包括空穴传输层（210）、该空穴传输层（210）的底表面连接于所述P型重掺多晶层（170）的顶部表面，所述空穴传输层（210）的顶部表面设置有钙钛矿吸光层（220），该钙钛矿吸光层（220）的顶部表面设置有电子传输层（230），该电子传输层（230）的顶部表面设置有顶电极缓冲层（240），该顶电极缓冲层（240）的顶部表面设置有透明电极（250），该透明电极（250）的顶部表面设置有金属栅线电极层（260），该金属栅线电极层（260）的顶部表面设置有减反射层（270）；所述透明电极（250）的必要材料包括ITO、IZO、AZO和石墨烯。
所述硅片基底（110）和第一钝化层（140）之间形成有N型掺杂发射极层（180），且所述N型掺杂发射极层（180）的底部表面连接于所述硅片基底（110）的顶部表面，所述N性掺杂发射极层（180）的顶部表面连接于所述第一钝化层（140）的底部表面。
有益效果：本发明设计合理，结构新颖，效果良好，本发明给了一种用于制作太阳能电池形成结构的制备方法，该方法能良好地在硅基片上形成各层状结构，正反面隧穿钝化接触的复合多晶硅钝化层，硅片层双面钝化结构的效果可以提高硅电池开路电压，上表面的复合掺杂多晶硅钝化层可以作为叠层电池中间隧穿层，制备出的硅底电池开路电压高，尤其适用于多结叠层太阳电池制备，光电转换效率更高。
附图说明
图1是本发明一实施例中太阳能结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作在具体实施过程中，作为进一步优选说明：
实施例一
请参考图1，基于该结构实现的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法，包括如下步骤：
S100、对P型硅片的底部表面进行制绒，顶部表面进行制绒或者抛光，形成硅片基底110；
具体实施过程中，采用但不限于碱性溶液对P型硅103片表面进行制绒或者抛光处理。
S200、在所述硅片基底（110）底部表面制成底部钝化层，并对底部钝化层进行开孔，形成底电极开孔钝化层（120）；
具体实施过程中，采用包括但不限于热生长法，原子沉积法或等离子体增强化学气相沉积法在硅片基底110底部表面制成底部钝化层，并通过包括但不限于激光刻蚀开孔的方法对底部钝化层进行开孔，形成底电极开孔钝化层120；
S300、在所述底电极开孔钝化层（120）上制备金属底电极层（130）；
具体实施过程中，采用包括但不限于电镀法、蒸镀法或印刷法在底电极开孔钝化层120上制备金属底电极层130；
S400、在所述硅片基底（110）的顶部表面制成第一钝化层（140）；
具体实施过程中，采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法和热生长法在硅片基底110的顶部表面制成第一钝化层140；
S500、在所述第一钝化层（140）上制备N型重掺多晶层（150）；
具体实施过程中，采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法在第一钝化层140上制备N型重掺多晶层150；
S600、在所述N型重掺多晶层（150）上制备第二钝化层（160）；
具体实施过程中，采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法和热生长法在N型重掺多晶层150上制备第二钝化层160；
S700、在所述第二钝化层（160）上制备P型重掺多晶层（170）；
具体实施过程中，采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法在第二钝化层160上制备P型重掺多晶层170；
S800、在所述P型重掺多晶层（170）上制备空穴传输层（210）；
具体实施过程中，采用包括但不限于旋涂、蒸镀、溅射、喷涂、热喷雾分解、刮涂、印刷和狭缝涂布的方法在P型重掺多晶层170上制备空穴传输层210；
S900、在所述空穴传输层（210）上制备钙钛矿吸光层（220）；
具体实施过程中，采用包括但不限于旋涂、蒸镀、溅射、喷涂、热喷雾分解、刮涂、印刷和狭缝涂布的方法在空穴传输层210上制备钙钛矿吸光层220；
S1000、在所述钙钛矿吸光层（220）上制备电子传输层（230）；
具体实施过程中，采用包括但不限于旋涂、蒸镀、溅射、喷涂、热喷雾分解、刮涂、印刷和狭缝涂布的方法在钙钛矿吸光层220上制备电子传输层230；
S1100、在所述电子传输层（230）上制备顶电极缓冲层（240）；
具体实施过程中，采用包括但不限于溅射、原子沉积和蒸镀方法在电子传输层230上制备顶电极缓冲层240；
S1200、在所述顶电极缓冲层（240）上制备透明电极（250）；
具体实施过程中，采用包括但不限于溅射、原子沉积和蒸镀方法在顶电极缓冲层240上制备透明电极250；
S1300、在所述透明电极（250）上制备金属栅线电极层（260）；
具体实施过程中，采用包括但不限于蒸镀、印刷和电镀方法在透明电极250上制备金属栅线电极层260；
S1400、在所述金属栅线电极层（260）上制备减反射层（270）；
具体实施过程中，采用包括但不限于蒸镀、溅射和原子沉积方法在金属栅线电极层260上制备减反射层270。
进一步优选地，在步骤S100和S200之间，或步骤S300和S400之间通过包括但不限于管式硼扩散或链式硼扩散的方法在硅片基底110的顶部表面形成N型掺杂发射极层180，则第一钝化层140形成于N型掺杂发射极层180的表面。
进一步优选地在步骤S100之前通过悬浮区熔法制备电阻率在1-5ohm -cm的P型硅片备用。
基于以上方法步骤，及优选的步骤。在具体实施时，可以采用悬浮区熔法制备的电阻率在1-5ohm -cm的P型硅片；在P型硅片底部表面制绒，顶部表面扩磷形成PN同质结，形成较低掺杂浓度N型掺杂发射极层180， 其掺杂浓度5*1018cm−3。P型硅片的底部表面通过ALD和PECVD制备Al2O3/SiNx的钝化层，即为底部钝化层。P型硅片的顶部表面通过ALD生长3nmSiO2 钝化层，即为第一钝化层140。采用LPCVD在P型硅片的顶部表面生长60nm 重掺N型多晶硅层，即为N型重掺多晶层150 ,其掺杂浓度1.5*1020cm−3。重掺N型多晶硅层表面通过ALD生长2nm SiO2 钝化层，即为第二钝化层160。采用LPCVD生长20 nm 重掺P型多晶硅，即为 P型重掺多晶层170,其掺杂浓度3*1020cm−3。丝网印刷2微米的银电极制备金属底电极，即为金属底电极层130。用等离子体处理P重掺多晶硅层表面后在硅片前表面旋涂PTAA获得空穴传输层210。用一步法制备FAMACs的钙钛矿吸光层220，其厚度为600nm。采用蒸镀法制备25 nm C60电子传输层230。再用ALD 制备15nm SnO2 顶电极缓冲层240。采用溅射方法制备AZO透明电极250。采用蒸镀制备金属栅线电极层260以及LiF减反射层270，其厚度分别为300nm和120nm。
通过IV性能测试，该叠层太阳能电池器件获得了1.85V的开路电压以及24.1%的光电转换效率。
实施例二
图1示出了本发明实施例中的钙钛矿晶硅叠层太阳能电池结构，为层状结构，且包括位于底部的底电极单元100和位于顶部的顶电极单元200，该底电极单元100和顶电极单元200叠合形成整体；底电极单元100包括硅片基底110，该硅片基底110采用P型硅制成，硅片基底110的底表面形成有底电极开孔钝化层120，该底电极开孔钝化层120的底表面设置有金属底电极层130；硅片基底110的顶部表面形成有第一钝化层140，该第一钝化层140的顶部表面形成有N型重掺多晶层150，该N型重掺多晶层150的顶部表面形成有第二钝化层160，该第二钝化层160的顶部表面形成有P型重掺多晶层170；顶电极单元200包括空穴传输层210、该空穴传输层210的底表面连接于P型重掺多晶层170的顶部表面，空穴传输层210的顶部表面设置有钙钛矿吸光层220，该钙钛矿吸光层220的顶部表面设置有电子传输层230，该电子传输层230的顶部表面设置有顶电极缓冲层240，该顶电极缓冲层240的顶部表面设置有透明电极250，该透明电极250的顶部表面设置有金属栅线电极层260，该金属栅线电极层260的顶部表面设置有减反射层270。
本发明以上的基础方案中，底电极单元100和顶电极单元200自身均可以作为独立的太阳能电池结构使用。
选用P型硅作为硅片基底110，具体地，硅片基底110的电阻率为0.1-50 ohm·cm，厚度为100-800μm，底部表面为绒面结构，顶部表面结构为金字塔绒面机构或/和抛光结构。除此以外，硅片基底110的底部表面和顶部表面还可以是金刚线切割后表面结构。金属底电极层130采用铝、银、钛、钯、镍、铬或者铜中的一种或几种材料制成，厚度为1-2000 μm。底电极开孔钝化层120为SiO2、Al2O3、Si3N4、AlN、INSb、SiC、TiO2、微晶硅或非晶硅中的一种或几种材料制成，厚度为0-20 nm。
具体的优选，硅片基底110和第一钝化层140之间形成有N型掺杂发射极层180，且该N型掺杂发射极层180的底部表面连接于硅片基底110的顶部表面，N性掺杂发射极层180的顶部表面连接于第一钝化层140的底部表面。进一步，N型掺杂发射极层180的深度为0.5-10μm，扩散方块电阻为1-150 ohm/sq。
具体地，第一钝化层140和第二钝化层160为氧化硅钝化层或非晶钝化层，厚度为0-50nm。
具体地，N型重掺多晶层150掺杂浓度为8*1018cm−3至1*1021cm−3，N型重掺多晶层150的厚度可以为0-100nm。
具体地，P型重掺多晶层170掺杂浓度为8*1018cm−3至2*1021cm−3，P型重掺多晶层170的厚度可以为0-100nm。
空穴传输层210的制作材料为PTAA、Poly-TPD、NiOx、 P3HT、V2O5、MoOx、PEDOT:PSS、 WOx、Spiro-OMeTAD、CuSCN、Cu2O、CuI、Spiro-TTB、F4-TCNQ、F6-TCNNQ、m-MTDATA或TAPC，有机自组装薄膜SAM（Self-assembled monolayer，如MeO-2PACZ）中的一种或几种，空穴传输层210的厚度可以为0-1000 nm。
具体地，制作钙钛矿吸光层220材料的通式为ABX3，其中：A为一价阳离子，包括但不限于锂离子，钠离子，钾离子，铯粒子、铷粒子、胺基或者脒基中的一种或多种阳离子；B为二价阳离子，包括但不限于铅粒子、锡粒子、钨粒子、铜粒子、锌粒子、镓粒子、硒粒子、铑粒子、锗粒子、砷粒子、钯粒子、银粒子、金粒子、铟粒子、锑粒子、汞粒子、铱粒子、铊粒子、铋粒子中的一种或多种阳离子；X为一价阴离子，包括但不限于碘粒子、溴粒子、氯粒子或砹粒子中的一种或几种阴离子；钙钛矿吸光层220的厚度在0.05-100 μm。
具体地，钙钛矿吸光层220材料的化学式为Cs0.05FA0.80MA0.15PbI2.55Br0.45，其中Cs是铯，FA是甲脒基，MA是甲胺基，I是碘。该吸光层的厚度在0.05-100 μm。
具体地，制成电子传输层230的材料为SnO2、TiO2、ZnO、ZrO2、TiSnOx、 SnZnOx、富勒烯及其衍生物中的一种或多种；电子传输层230厚度为0-500 nm。
具体地，制成顶电极缓冲层240的材料为V2O5、 MoOx、Ag、Au、Cu、SnO2、ZnO、TiO2、Al2O3、SiO2、Si3N4、PMMA、BCP、PEIE微晶硅或非晶硅中一种或多种；顶电极缓冲层240厚度为0-50 nm。
具体地，制成透明电极250的必要材料为ITO、IZO、 AZO和石墨烯，以及包括但不限于Ag、Au、Cu 和Al金属纳米线中的一种或多种；透明电极250的厚度为0-500 nm。
具体地，金属栅线电极层260的制作材料为ITO、IZO、 AZO、石墨烯、包括但不限于Ag、Au、Cu 或者Al金属纳米线中的一种或几种，金属栅线电极层260的厚度为0-500 nm。
具体地，减反射层270的制作材料为LiF、MgF2、AlN、ZnS、Si3N4、SiO2、TiO2或者具有绒面结构的柔性贴膜中一种或者几种，减反射层270的厚度为0-3 mm。
以上各技术特征的名称及材料名称的字母表达均为本领域所通用。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。