钙钛矿/晶硅叠层太阳电池关键材料与技术研究进展

太阳电池要成为常规能源需不断提高光电转换效率、降低电池成本。叠层太阳电池采用不同禁带宽度的材料吸收太阳光,可减少高于带隙的高能量太阳光的热化损失,以及低于带隙的低能量太阳光不能被吸收的损失,提高电池光电转换效率。近几年,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池因具有带隙匹配、光电转换效率高、工艺简单等特性,成为新兴的研究热点。经过近五年的发展,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的光电转换效率已被快速提升至28%。要实现高效的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池,关键材料与结构的发展必不可少。钙钛矿/晶硅叠层电池主要包括四端和两端结构。其中两端叠层电池,因仅需要一个透明电极,有利于减少寄生吸收、降低成本,成为主流钙钛矿/晶硅叠层电池结构。除了结构改进外,开发高质量的关键材料对高效叠层电池也十分重要。首先,钙钛矿顶电池的金属电极需要替换成透明电极,使得透过顶电池的太阳光能被底电池吸收。目前主流的体系为透明导电氧化物。其次,钙钛矿顶电池的理想带隙为1.7~1.8 eV,因此需要开发高质量的宽带隙钙钛矿电池,以实现开路电压的增益。最后,两端叠层电池的中间界面层起复合载流子和调控光传输的双重作用,需要探寻具有优异光电特性的界面层材料。目前主流的中间界面层体系包括氧化铟锡、掺杂纳米硅以及含纳米硅的氧化硅薄膜等。虽然通过关键材料和结构的发展,叠层电池光电转换效率已经达到28%,但距43%的极限效率还有一定的差距,需进一步提高叠层电池的短路电流密度、开路电压等光伏特性参数。为提高叠层电池的短路电流密度,需降低载流子传输层、透明电极、中间界面层的寄生吸收损失,同时通过绒面结构、减反层、折射率匹配的界面层等光管理手段降低界面的反射损失。提高叠层电池开路电压的关键是提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压。通过上述光电管理协同作用,叠层电池光电转换效率有望突破30%。本文以钙钛矿/晶硅叠层太阳电池性能发展为主线,首先简要介绍了叠层电池的结构及光电性能发展历史;然后介绍叠层电池的关键材料,重点包括透明电极、中间界面层、宽带隙钙钛矿电池;在此基础上,分析叠层电池光电转换效率制约因素及提升途径;最后对叠层电池的高效化、大面积、稳定性的未来发展进行了展望。

基于金刚线切片的钙钛矿/硅叠层太阳电池

提出一种免空穴传输层的策略,将自组装单分子层材料作为钙钛矿活性层的添加剂,通过一步旋涂法直接将钙钛矿薄膜制备在导电基底表面,其中薄膜的质量与均一性都得到改善。进一步地,将该方法应用在低成本的商用金刚线切片上,可在高粗糙度的硅表面制备出覆盖度高、形貌致密、无空洞的钙钛矿薄膜。在光电性能方面,用该方法得到的单结钙钛矿太阳电池的光电转换效率为21%,填充因子高达83%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池的光电转换效率为28%。

钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展及展望

综述近年来钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展现状,介绍钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术在效率和可靠性方面的优势。从工艺优化、结构协同设计和性能优化等方面对钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池进行总结,着重讨论叠层结构的每个子单元太阳电池复杂的协同效应。

两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池研究进展

两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池是将具有优异光电性能的宽带隙钙钛矿和硅衬底结合制备的一种高效太阳电池,突破了单晶硅太阳电池的理论极限效率。虽然已经实现了超过30%的转换效率,但该技术距离商业化还有一定的距离。本文主要介绍两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的结构及工作原理,分析其性能提升面临的关键问题和解决思路,概述两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的研究进展,并对其未来的发展进行展望。

隧穿结对柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池特性的影响

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法在不锈钢柔性衬底上制备了不同厚度的硅基p+/n+隧穿结,应用于非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分析了其对太阳电池电学和光学特性的影响。发现p+层厚度增加后,电池的开路电压提高,短路电流密度减小;随着n+层厚度的变化,电池的短路电流密度和填充因子均存在一个最佳值。将优化后的p+/n+隧穿结分别应用于不锈钢衬底和聚酰亚胺衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分别获得了9.95%(AM0,1353 W/m2)和9.87%(AM0,1353 W/m2)的光电转换效率。

二甲双胍盐酸盐辅助结晶制备高效钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池

在钙钛矿太阳能电池的构造中,钙钛矿活性层扮演着核心角色,其薄膜质量直接影响设备的整体效能。提出了一种新颖策略,利用二甲双胍盐酸盐(MET)来辅助晶体生长。具体来说,在有机阳离子溶剂中添加微量的二甲双胍盐酸盐,以此提升钙钛矿的结晶度,进而促成优质钙钛矿薄膜的形成。最后,获得太阳能电池,其最佳光电转换效率为29.39%。

钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池:光学模拟的研究进展

近几年,钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池发展迅速,效率已经从13.7%提升到29.1%.由于叠层电池器件的制作工艺复杂,而叠层太阳电池中的光学损失对转换效率的影响很大,所以通过光学模拟进而获得高效电池至关重要.本文首先从商业软件和自建模型两方面概述了光学模拟的方法,接着从反射损失和寄生吸收两方面针对光学模拟研究进展进行了总结和分析,最后指出了叠层电池光学模拟过程中需要注意的问题.钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的转换效率极限最高可达40%,具备很大的提升空间,结合模拟工作的研究,叠层电池的发展将会取得更大的进步.

钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高

最近,旋涂法制备的钙钛矿/平面硅异质结高效叠层太阳电池引起人们广泛关注,主要原因是相比于绒面硅衬底制备的钙钛矿/硅叠层太阳电池,其制备工艺简单、制备成本低且效率高.对于平面a-Si:H/c-Si异质结电池, a-Si:H/c-Si界面的良好钝化是获得高转换效率的关键,进而决定了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的性能.本文主要从硅片表面处理、a-Si:H钝化层和P型发射极等方面展开研究,通过对硅片表面的氢氟酸(HF)浸泡时间和氢等离子体预处理气体流量、a-Si:H钝化层沉积参数、钝化层与P型发射极(I/P)界面富氢等离子体处理的综合调控,获得了相应的优化工艺参数.对比研究了p-a-Si:H和p-nc-Si:H两种缓冲层材料对I/P界面的影响,其中高电导、宽带隙的p-nc-Si:H缓冲层既能够降低I/P界面的缺陷态,又可以增强P型发射层的暗电导率,提高了前表面场效应钝化效果.通过上述优化,制备出最佳的P-type emitter layer/aSi:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/N-type layer (inip)结构样品的少子寿命与implied-Voc分别达到2855μs和709 mV,表现出良好的钝化效果.应用于平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池,转换效率达到18.76%,其中开路电压达到681.5 mV,相对于未优化的电池提升了34.3 mV.将上述平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池作为底电池,对应的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的开路电压达到1780 mV,转换效率达到21.24%,证明了上述工艺优化能够有效地改善叠层太阳电池中的硅异质结底电池的钝化及电池性能.

紫外光下高度稳定的无机钙钛矿/有机叠层太阳电池

近些年,有机太阳电池得到快速发展,但是在商业化进程中仍然面临巨大挑战。其中,电池稳定性问题(包括紫外光、水分、氧气等外界因素的影响)一直是人们关注的焦点。虽然良好的电池封装技术可以有效阻止水和氧气对有机太阳电池稳定性的影响,然而,如何防止紫外光对有机共轭分子结构和光伏器件稳定性的影响仍是一大难题。尽管紫外光过滤薄膜可以有效过滤紫外光,但同时也会过滤部分可见光,造成太阳电池性能的下降。最近苏州大学李永舫研究团队的李耀文副教授等人采用无机钙钛矿/有机叠层太阳电池的策略,为提高电池的紫外光稳定性和电池效率提供了一种新思路,相关研究成果发表在近期的Advanced Materials上1。

叠层太阳电池中不同基质硅量子点的特性研究

叠层太阳电池的多能带结构设计可以有效提高太阳电池的转换效率,但是这种电池在实际制备过程中常会遇到低效率、高成本等问题。以提高效率为目的,在叠层太阳电池中引入具有量子效应的硅量子点是目前新型太阳电池研究的一大热点。文章对不同基质中硅量子点的能带模型进行了理论分析,介绍了硅量子点在几种不同基质中的形成方法及其相关性质的最新研究结果,并对比研究了SiO2、Si3N4和SiC用作硅量子点生长基质的优势与不足。

863计划：“效率10％以上50MW非晶／微晶硅叠层薄膜太阳电池成套制造工艺技术研发”通过验收

“十二五”国家863计划主题项目“效率10％以上50MW非晶／微晶硅叠层薄膜太阳电池成套制造工艺技术研发”由浙江正泰太阳能科技有限公司、中国科学院微电子所两家单位共同完成。科技部高新司组织项目验收，专家组一致认为，该项目完成了立项通知规定的研究内容及主要考核指标，同意通过验收。

高效钙钛矿太阳电池及其叠层电池研究进展

钙钛矿太阳电池及其叠层电池发展迅速,成为当前光伏领域的研究热点。有机无机卤化钙钛矿材料具有吸收系数高、带隙可调、制备工艺简单等优点,其单结太阳电池实验室效率从2009年的3.8%迅速提升到25.2%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池效率达到29.15%。钙钛矿太阳电池种类丰富,依据器件结构主要分为介孔型钙钛矿太阳电池和平面型(nip结构和pin结构)钙钛矿太阳电池。大量研究工作通过钝化工程、添加剂工程、能级匹配工程、组分工程等先进技术获得高质量的钙钛矿吸收层和光电性能好、低成本、无污染的电荷传输层,提升电荷提取效率,使得每种器件结构均能实现22%以上的超高效率。但常规钙钛矿材料光、湿、热稳定性差,部分研究通过改善吸收层的成分,研发出准二维钙钛矿太阳电池与全无机钙钛矿太阳电池,更加贴合实际应用。考虑到不同的应用场景,钙钛矿太阳电池又进一步分化出柔性钙钛矿太阳电池与半透明钙钛矿太阳电池,透明导电电极的研发成为该领域的重要突破方向。基于钙钛矿的叠层电池中,高效钙钛矿/硅叠层电池是研究重点,通过优化陷光策略和添加剂工程等方法降低光学损失与电学损失,能够在材料成本增长不大的情况下显著提升电池效率,极具市场竞争力。本文主要阐述了钙钛矿太阳电池及其叠层电池的发展历史、器件种类和结构、功能层材料特性、性能优化策略,并对其面临的挑战以及发展趋势进行了总结与展望。

半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极研究综述

钙钛矿太阳电池由于具有独特的光电性能及制造工艺简单、低成本等特点而引起人们极大的关注。在钙钛矿太阳电池出现后的短短几年之内,其效率取得了突飞猛进的发展。在这个过程中,半透明钙钛矿太阳电池由于应用潜力巨大也受到越来越多的关注。特别是其与传统的硅电池或者铜铟镓硒电池组成的叠层太阳电池,由于其能够更加合理地利用太阳光谱而被认为是提升太阳电池光电转换效率的一条有效途径。到目前为止,半透明钙钛矿太阳电池的最高效率已达17.9%,叠层太阳电池的最高效率已达25.5%。顶部透明电极是半透明钙钛矿及叠层太阳电池的关键研究内容之一。对半透明钙钛矿及叠层太阳电池来说,理想的顶部透明电极应具有高透过率、低电阻、良好的化学稳定性以及能够在低温下制备等特点。截至目前,多种透明电极已经被应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中,包括银纳米线、碳纳米管、超薄金属、石墨烯、导电聚合物以及透明导电氧化物等。银纳米线透明电极的光电性能良好,但稳定性较差,易与钙钛矿中的卤离子反应导致器件恶化,且在空气中易被氧化和腐蚀。超薄金属电极往往不能同时具有较高的导电性和光学透过率,需要引入合适的缓冲层来促使其均匀生长,但同样存在稳定性较差的问题。碳基透明电极的稳定性很强,但是其光电性能有待提高。透明导电氧化物具有良好的光电性能和稳定性,但往往采用溅射的方式制备,在溅射的过程中容易损伤钙钛矿活性层,需要引入合适的缓冲层。本文归纳了应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极的研究进展,分别对透明电极的种类、光电性能、制备工艺进行了系统的介绍,对比了各种透明电极光电性能及制备工艺的优缺点,分析了它们在研究中面临的问题并展望了其发展前景,以期为应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池的透明电极研究提供有益的参考。

硅氧合金薄膜及其在高效纳米硅薄膜叠层太阳电池中的应用研究

系统研究两种不同形态的硅氧合金薄膜,用甚高频PECVD系统制备的非晶硅氧和纳米硅氧薄膜的特性,以及其在纳米硅薄膜叠层薄膜太阳电池中的应用。实验中主要通过对不同的气体流量比的优化、沉积功率和沉积压力的优化,分别制备出光学带隙约为2.1 e V,折射率约为3的a-SiO_x∶B∶H薄膜,作为非晶硅顶电池的p1层,以及带隙为2.2~2.5 e V,折射率为2.0~2.5,晶化率为20%~50%的nc-SiO_x∶P∶H薄膜,作为非晶硅/纳米硅叠层电池的中间反射层和纳米硅的底电池n2层。最后将优化后的a-SiO_x∶B∶H和nc-SiO_x∶P∶H薄膜应用到非晶硅/纳米硅薄膜叠层电池中,在0.79 m^2的玻璃基板上制备出初始峰值功率为101.1 W、全面积初始转换效率为12.8%、稳定峰值功率为87.3 W、全面积稳定转换效率为11.1%的非晶硅/纳米硅叠层电池。

掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜及其应用于类叠层太阳电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积法,制备了掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜(nc-Si∶H),并将其应用于纳米硅薄膜类叠层太阳电池中。分析了薄膜样品的光学性能及表面形貌,结果表明:P型掺硼纳米硅薄膜的光学带隙为2.189 eV,电导率为8.01 S/cm,霍尔迁移率为0.521 cm2/(V.S),载流子浓度为9.61×1019/cm3;N型掺磷纳米硅薄膜的光学带隙为1.994 eV,电导率为1.93 S/cm,霍尔迁移率为1.694 cm2/(V.S),载流子浓度为7.113×1018/cm3;两者的晶粒尺寸都在3～5 nm之间,晶态比都在35%～45%之间,并且颗粒沉积紧密,大小比较均匀。制备了大小为20 mm×20 mm,结构为Al/AZO/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-nc-Si∶H/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-c-Si/Al背电极的纳米硅薄膜类叠层太阳电池,通过I-V曲线测试,其VOC达到544.3 mV,ISC达到85.6 mA,填充因子为65.7%。

迈向效率大于30%的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池技术的研究进展

双结叠层太阳能电池由两个具有不同带隙吸收体的电池组成,通过差异化吸收更宽范围波长的太阳光,降低光子热化损失,已展现出打破单结太阳能电池Shockley-Queisser极限效率的巨大优势.获益于钙钛矿电池带隙可调和制备成本低的优点以及晶硅电池产业化的优势,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池成为光伏领域的研究热点.本文系统的梳理了钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的最新研究进展,重点从钙钛矿顶电池、中间互联层和晶硅底电池的结构出发,总结出高效叠层器件在光学和电学方面的设计原则.本文还详细地分析了限制钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池继续提效的关键因素及解决措施,这对于钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的产业化之路是非常重要的.最后,对下一代更高效率的低成本叠层太阳能电池进行了展望.我们认为随着对光伏器件效率要求越来越高,基于钙钛矿/晶硅叠层结构的三结电池将会成为下一代低成本高效电池的研究热点.

多孔硅层转移法制备超薄晶硅太阳电池的研究进展

介绍了基于电化学腐蚀多孔硅层转移法制备超薄晶硅太阳电池的研究进展,对多孔硅层转移法制备超薄晶硅太阳电池的四个主要步骤:双层多孔硅的制备、活性超薄晶硅外延层生长、基于多孔硅的层转移和超薄晶硅太阳电池研制进行了概述,并对超薄晶硅太阳电池的前景进行了展望。

金属屏蔽罩对柔性衬底微晶硅太阳电池特性的影响

通过改变硅烷浓度,采用等离子体增强化学气相沉积方法制备了在有无金属屏蔽罩两种情况下的系列微晶硅太阳电池,发现将金属屏蔽罩去除后,本征微晶硅材料的沉积速率提高约一倍,微晶相至非晶相的硅烷浓度转变点有所变化。将沉积条件应用于不锈钢柔性衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,获得了9.28%(AM0,1353 W/m2)和11.26%(AM1.5,1000W/m2)的光电转换效率。

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(1)

0引言多年来，硅晶片太阳电池一直是光伏太阳电池领域的主流。为进一步降低太阳电池的发电成本，从上世纪70年代起，陆续发展了几种薄膜太阳电池，包括：硅基薄膜电池、碲化镉薄膜电池、铜铟镓硒电池、染料敏化电池和有机薄膜电池等。虽然经过多年的努力，

一种钙钛矿/背接触晶硅叠层太阳能电池

权利要求1.一种钙钛矿/背接触晶硅叠层太阳能电池,其特征在于,它采用双结叠层结构,底电池为背接触晶硅太阳能电池,顶电池为钙钛矿太阳能电池,所述背接触太阳能电池为背结结构,从下到上依次包括电极、背表面钝化层、P+/n+区、晶硅衬底、前表面结构和前表面钝化层,所述钙钛矿太阳能电池制备在晶硅衬底前表面上。