本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，屬于光伏領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1、作為一種清潔能源，太陽(yáng)能可以滿足日益增長(zhǎng)的全球能源需求。在眾多光電器件中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率以及較低的制造成本而備受關(guān)注。單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的理論效率極限約為31％，目前實(shí)驗(yàn)室的紀(jì)錄效率為27.3％。根據(jù)光伏協(xié)會(huì)的測(cè)算，光伏電池的效率每提升1％的絕對(duì)值，其平準(zhǔn)化度電成本(lcoe)則下降5-7％，因而提升電池的絕對(duì)效率對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)的降本至關(guān)重要。
2、此外，盡管鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，其器件壽命(或穩(wěn)定性)是目前制約鈣鈦礦電池商業(yè)化的瓶頸。相比于晶硅電池20-30年的使用壽命，鈣鈦礦的壽命普遍被認(rèn)為在5年以內(nèi)，部分文獻(xiàn)估算鈣鈦礦的使用壽命只有2-3年。該使用壽命下，器件的平準(zhǔn)化度電成本將遠(yuǎn)滯后于商業(yè)化的硅電池。因此，提升鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性及光電效率是推動(dòng)鈣鈦礦電池商業(yè)化的重中之重。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為了提升鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性和光電效率，提供了一種可應(yīng)用在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上的透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層通過(guò)層疊不同材料的膜層實(shí)現(xiàn)低方阻，高透過(guò)率的特點(diǎn)，為高效光電器件提供了創(chuàng)新解決方案。提升了穩(wěn)定性，突破了單層及高溫下制備tco的性能局限。
2、本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，透明導(dǎo)電層以功能層設(shè)置在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上，這里的功能層是指以實(shí)現(xiàn)某種功能而設(shè)置的結(jié)構(gòu)層，除導(dǎo)電外還可能具有增加透過(guò)率、調(diào)節(jié)光譜性質(zhì)、降低方阻等其一功能或多種功能。本發(fā)明中的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括層疊的空穴傳輸層、吸光層、電子傳輸層、透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層背對(duì)吸光層的一側(cè)，或設(shè)置在電子傳輸層背對(duì)吸光層的一側(cè)，或在空穴傳輸層、電子傳輸層背對(duì)吸光層的一側(cè)均設(shè)置。本發(fā)明中的透明導(dǎo)電層包括交替設(shè)置的izo層和ito層，不同的izo層之間厚度可以相同或不同，不同的ito層之間厚度可以相同或不同，izo層與ito的層疊數(shù)目之和為n，n≥2，優(yōu)選n≥3。
3、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以是多結(jié)電池，當(dāng)以電極所在的位置命名時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電極包括頂電極和底電極，頂電極為入射光一側(cè)的電極，底電極為背光側(cè)的電極，當(dāng)以電極接收載流子的類型命名時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電極包括第一電極和第二電極，第一電極為接收空穴傳輸層導(dǎo)出的載流子的電極，第二電極為接收電子傳輸層導(dǎo)出的載流子的電極，后文中將根據(jù)需要使用電極的名稱。第一電極與空穴傳輸層直接貼合或通過(guò)其它層間接貼合設(shè)置，第二電極與電子傳輸層之間直接貼合或通過(guò)其它層間接貼合，吸光層在光激發(fā)狀態(tài)下產(chǎn)生的空穴由所述空穴傳輸層抽取并傳輸至第一電極，產(chǎn)生的電子由所述電子傳輸層抽取并導(dǎo)出至第二電極，所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層與第一電極之間或電子傳輸層與第二電極之間，還可以在空穴傳輸層與第一電極之間、電子傳輸層與第二電極之間均設(shè)置，空穴或電子通過(guò)所述透明導(dǎo)電層收集后傳輸至對(duì)應(yīng)的電極。
4、各結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)影響到透過(guò)透明導(dǎo)電層的光譜性質(zhì)，且會(huì)影響到方阻，作為一種優(yōu)選，層疊的所述izo層和ito層厚度總和為40～200nm。所述ito層厚度為15-20nm，所述izo層厚度為5-10nm。
5、在正式結(jié)構(gòu)中，透明導(dǎo)電層優(yōu)選設(shè)置在頂電極與電子傳輸層之間，在反式結(jié)構(gòu)中，透明導(dǎo)電層優(yōu)選設(shè)置在頂電極與空穴傳輸層之間，當(dāng)然除設(shè)置在頂電極處，也可以在底電極處設(shè)置，以增加載流子的傳輸效率。
6、透明導(dǎo)電層的制備工藝不僅影響到膜層本身的性能，而且影響到吸光層、載流子傳輸層的性能，本發(fā)明優(yōu)選磁控濺射工藝鍍膜，在磁控濺射過(guò)程中，本發(fā)明優(yōu)選向腔體內(nèi)通入氬氣、氧氣、氬氫混合氣，通過(guò)電子在飛向基片過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出氬離子和新的電子，氬離子在電場(chǎng)作用下飛速飛向陰極靶，使靶材發(fā)生濺射，氬氫混合氣的作用為中和過(guò)多的氧原子，降低方阻；混合氣中各氣體的配比影響到沉積膜層的方阻，本發(fā)明中izo層優(yōu)選氬氣、氧氣、氬氫混合氣(ar/h2)，所通入氣體的總量根據(jù)不同的靶材材料有所不同，izo中所述氬氫混合氣中氫氣的體積比為2.10％-2.40％，通入的不同氣體ar:o2:ar/h2的氣體比例為15～25:0.5～1.5:45～55。ito層中氬氫混合氣中氫氣的體積比為2.14％-2.40％，通入的不同氣體ar:o2:ar/h2的比例為15～25:0.5～1.5:45～55；再優(yōu)選，本發(fā)明中izo層中所述氬氫混合氣中氫氣的體積比為2.40％，氬氣、氧氣、氬氫混合氣總的氣體通入量約為50sccm。ito層中氬氫混合氣中氫氣的體積比為2.14％，氬氣、氧氣、氬氫混合氣總的氣體通入量約為70sccm。
7、本發(fā)明還將提供采用上述透明導(dǎo)電層制備的鈣鈦礦電池，包括但不限于硅-鈣疊層電池、鈣-鈣疊層電池，若電池為硅-鈣疊層電池，硅電池為底電池，鈣鈦礦電池為頂電池，若鈣鈦礦電池為正式結(jié)構(gòu)，則透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層與頂電極之間，若鈣鈦礦電池為反式結(jié)構(gòu)，則透明導(dǎo)電層設(shè)置在電子傳輸層與頂電極之間。若電池為鈣-鈣疊層電池，則透明導(dǎo)電層可以設(shè)置在底電池的鈣鈦礦電池上，也可以設(shè)置在頂電池的鈣鈦礦電池上，或頂電池與底電池之間，或頂電池與底電池均設(shè)置，以設(shè)置在頂電池的鈣鈦礦電池上為例，若頂電池結(jié)構(gòu)為反式結(jié)構(gòu)，則透明導(dǎo)電層設(shè)置在電子傳輸層與頂電極之間，若頂電池結(jié)構(gòu)為正式結(jié)構(gòu)，則透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層與頂電極之間。在疊層電池中，頂電極設(shè)置在頂電池上，底電極可以設(shè)置在底電池上，頂電極與底電極依次對(duì)應(yīng)第一電極與第二電極，或頂電極與底電極依次對(duì)應(yīng)第二電極與第一電極。
8、作為一種優(yōu)選，鈣鈦礦電池包括依次設(shè)置的基底、空穴傳輸層、吸光層(鈣鈦礦層)、電子傳輸層、透明導(dǎo)電層、電極，空穴傳輸層材料為niox、cuscn、ptaa等，電子傳輸層材料為tio2、sno2、zno等，電極材料為銀、銅、或銀銅混合物。
9、本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果包括：本發(fā)明中的鈣鈦礦采用ito與izo交錯(cuò)層疊后作為透明導(dǎo)電層，利用不同材料的膜結(jié)構(gòu)可以增加膜的貼合程度，使膜更加緊密；
10、本發(fā)明中的透明導(dǎo)電層通過(guò)多層膜設(shè)計(jì)克服單層膜高溫退火的需求，可實(shí)現(xiàn)低溫退火，在室溫下形成非晶態(tài)的膜結(jié)構(gòu)，可以增加膜的貼合程度，使膜更加緊密；
11、本發(fā)明利用不同材料的膜相互作用可以減少膜的方阻，增加電池的電流，且更加穩(wěn)定，提升電池效率；
12、本發(fā)明通過(guò)協(xié)同膜層數(shù)量、膜層層疊順序、膜層厚度，提升透明導(dǎo)電層的透光率，降低方阻，提升電流。
13、本發(fā)明在ito膜與izo膜層制備過(guò)程中引入氬氫混合氣，中和氧原子，降低膜層的方阻，使電池的電流和電壓均有約2％的提升；
14、本發(fā)明多種膜層貼合后形成的透明導(dǎo)電層表面更加光滑，可以更好的貼合鍍銀或mgf2。
1.一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還包括層疊的空穴傳輸層、吸光層、電子傳輸層，吸光層產(chǎn)生的空穴由所述空穴傳輸層導(dǎo)出，產(chǎn)生的電子由所述電子傳輸層導(dǎo)出，所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層背對(duì)吸光層的一側(cè)，或/和，所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在電子傳輸層背對(duì)吸光層的一側(cè)，空穴或電子通過(guò)所述透明導(dǎo)電層收集并傳輸，所述透明導(dǎo)電層包括交替設(shè)置的izo層和ito層，izo層與ito的層疊數(shù)目之和為n，n≥3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電層，其特征在于：層疊的所述izo層和ito層厚度總和為40~200nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述izo層和ito層總層數(shù)為3~6層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層與頂電極電連接，所述頂電極為金屬柵線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層與所述金屬柵線之間設(shè)置有mgf2層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在空穴傳輸層與頂電極之間，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為硅-鈣疊層電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述ito層厚度為15-20nm，所述izo層厚度為5-10nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層中的izo層通過(guò)磁控濺射工藝鍍膜形成，所述izo層在氬氣、氧氣、氬氫混合氣氛圍下成膜，沉積所述izo層時(shí)，氬氣：氧氣：氬氫混合氣體積比為8-10:0.5-1.5:35-45，所述氬氫混合氣中氫氣的體積占比為2.10-2.40%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電層，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層中的ito層通過(guò)磁控濺射工藝鍍膜形成，所述ito層在氬氣、氧氣、氬氫混合氣氛圍下成膜，沉積所述ito層時(shí)，所述氬氣：氧氣：氬氫混合氣的體積比為15-25:0.5-1.5:45-55，所述氬氫混合氣中氫氣的體積比為2.14-2.40%。
10.一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：設(shè)置有如權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的透明導(dǎo)電層。