一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池

1.本发明涉及钙钛矿太阳电池结构设计技术领域，特别是涉及一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池。


背景技术：

2.近些年来，钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells，pscs)的电池转换效率(power conversion efficiency，pce)已经从最初的3.8％上升到了25％以上。钙钛矿太阳电池的电池转换效率的快速提升，最主要是由于钙钛矿材料优秀的光电性能，例如高载流子迁移率及带隙可调。但是在实际生产过程中，依然遇到许多困难，如材料的成本、电子和空穴传输层的选择以及传统结构的转换效率极限。改变传统的钙钛矿太阳电池结构设计，来提高太阳电池的转换效率是一个重要的方向。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池，通过改变传统的钙钛矿太阳电池的结构设计，以提高钙钛矿太阳电池的转换效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池，所述太阳电池包括从上到下层叠设置的空穴传输层、光吸收层、第一电子传输层和第二电子传输层；所述空穴传输层的顶面上设置有第一金属栅线；所述第二电子传输层的底面上设置有第二金属栅线。
6.在一些实施例中，所述空穴传输层的材料为重掺杂p型半导体氧化亚铜；所述光吸收层的材料为掺施主杂质的甲基碘化铅；所述第一电子传输层的材料为重掺杂n型半导体硫化锌掺镉；所述第二电子传输层的材料为重掺杂n型半导体二氧化钛。
7.在一些实施例中，所述太阳电池还包括设置于所述空穴传输层和所述第一金属栅线之间的第一减反射膜以及设置于所述第二电子传输层和所述第二金属栅线之间的第二减反射膜。
8.在一些实施例中，所述第一减反射膜和所述第二减反射膜的材料为氮化硅。
9.在一些实施例中，所述空穴传输层的厚度为300nm，掺杂浓度为1.0*10
19
cm-3
。
10.在一些实施例中，所述光吸收层的厚度为600nm，掺杂浓度为1.0*10
10
cm-3
。
11.在一些实施例中，所述第一电子传输层的厚度为40nm，掺杂浓度为1.0*10
17
cm-3
。
12.在一些实施例中，所述第二电子传输层的厚度为40-50nm，掺杂浓度为1.0*10
18
cm-3
。
13.在一些实施例中，所述空穴传输层和所述第二电子传输层进行制绒处理。
14.在一些实施例中，所述第一金属栅线和所述第二金属栅线进行制绒处理。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
16.本发明用于提供一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池，包括从上到下层叠设置的空穴传输层、光吸收层、第一电子传输层和第二电子传输层，空穴传输层的顶面上设置有第
一金属栅线，第二电子传输层的底面上设置有第二金属栅线，在传统的钙钛矿太阳电池的结构上，再添加一层电子传输层，主要通过调节内建电场来促进光生载流子的传输，来获得高开路电压和短路电流密度，最大程度上提高了电池的转换效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例1所提供的太阳电池的结构示意图。
19.符号说明：
20.1-第一金属栅线；2-第一减反射膜；3-空穴传输层；4-光吸收层；5-第一电子传输层；6-第二电子传输层；7-第二减反射膜；8-第二金属栅线。
具体实施方式
21.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。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。
22.本发明的目的是提供一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池，通过改变传统的钙钛矿太阳电池的结构设计，以提高钙钛矿太阳电池的转换效率。
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
24.实施例1：
25.本实施例用于提供一种双电子传输层的钙钛矿太阳电池，如图1所示，所述太阳电池包括从上到下层叠设置的空穴传输层3、光吸收层4、第一电子传输层5和第二电子传输层6，空穴传输层3的顶面上设置有第一金属栅线1，第二电子传输层6的底面上设置有第二金属栅线8。
26.本实施例在传统的钙钛矿太阳电池的结构上，再添加一层电子传输层，主要通过调节内建电场来促进光生载流子的传输，来获得高开路电压和短路电流密度，最大程度上提高了电池的转换效率。
27.作为一种可选的实施方式，本实施例中空穴传输层3采用的材料为重掺杂p型半导体氧化亚铜，光吸收层4采用的材料为掺施主杂质的甲基碘化铅，两层电子传输层采用两种材料，第一电子传输层5采用的材料为重掺杂n型半导体硫化锌掺镉，第二电子传输层6采用的材料为重掺杂n型半导体二氧化钛。该太阳电池结构的载流子传输能力优异，使光生载流子和电子空穴的传输损耗尽可能的减少，最终提升太阳电池的转换效率。此外，通过p型半导体氧化亚铜、n型半导体硫化锌掺镉和n型半导体二氧化钛的重掺杂，实现能带弯曲，使光吸收层甲基碘化铅和电子传输层的能带匹配，减少传输过程中的载流子损失，进一步提高太阳电池的转换效率。
28.具体的，本实施例中光吸收层4的掺杂浓度可为1.0*10
10
cm-3
，空穴传输层3的掺杂浓度可为1.0*10
19
cm-3
，第一电子传输层5的掺杂浓度可为1.0*10
17
cm-3
，第二电子传输层6的掺杂浓度可为1.0*10
18
cm-3
。当然，本实施例中的空穴传输层3、光吸收层4、第一电子传输层5和第二电子传输层6的掺杂浓度还可取其他值，只要保证能够实现空穴传输层3、第一电子传输层5和第二电子传输层6的重掺杂即可。
29.为了提高重掺杂p型半导体氧化亚铜和第一金属栅线1之间的导电性，在两者之间还可以添加一层第一减反射膜2。同时为了提高重掺杂n型半导体二氧化钛和第二金属栅线8之间的导电性，在两者之间还可以添加一层第二减反射膜7。即本实施例的太阳电池还包括设置于空穴传输层3和第一金属栅线1之间的第一减反射膜2以及设置于第二电子传输层6和第二金属栅线8之间的第二减反射膜7，以提高导电性。
30.进一步的，本实施例中的第一减反射膜2和第二减反射膜7采用的材料可为氮化硅。
31.本实施例所提供的一种双电子传输层的甲基碘化铅钙钛矿太阳电池的新型结构，以掺施主杂质的光吸收层甲基碘化铅为衬底，从发射极到背电场结构依次为：第一金属栅线1、第一减反射膜2、重掺杂p型半导体氧化亚铜、甲基碘化铅、重掺杂n型半导体硫化锌掺镉、重掺杂n型半导体二氧化钛、第二减反射膜7和第二金属栅线8，在甲基碘化铅顶面镀一层重掺杂p型半导体氧化亚铜，底面镀一层重掺杂n型半导体硫化锌掺镉，并在重掺杂n型半导体硫化锌掺镉底面再镀一层重掺杂n型半导体二氧化钛，对传统的钙钛矿太阳电池的结构进行进一步的改进，采用双电子传输层来提升电子的提取和传输，提高开路电压和短路电流。
32.为进一步提高太阳电池的转换效率，本实施例的空穴传输层3的厚度优选为300nm。
33.进一步的，本实施例的光吸收层4的厚度约为600nm，通过将光吸收层4的厚度控制在600nm左右，可以最大程度上提高材料的利用率，减少甲基碘化铅的浪费。
34.为进一步提高太阳电池的性能，本实施例的第一电子传输层5的厚度优选为40nm。
35.为进一步提高电子的传输效率，本实施例的第二电子传输层6的厚度优选为40-50nm。
36.进一步的，本实施例的空穴传输层3和第二电子传输层6可以进行制绒处理。对第二电子传输层6进行制绒处理，能够提高钙钛矿太阳电池的短路电流。
37.本实施例的表面金属栅线，即第一金属栅线1和第二金属栅线8可以进行制绒处理，即可以制绒面，以减少复合消耗，提高电池的开路电压。
38.本实施例在传统的nip型钙钛矿太阳电池的结构上进行改善，采用双电子传输层，促进光生载流子的产生、电子和空穴的传输，最大程度上增大开路电压和短路电流，提升钙钛矿太阳电池的转换效率。此外，p型半导体氧化亚铜、n型半导体硫化锌掺镉、n型半导体二氧化钛都进行重掺杂，三者形成的内建电场使光生空穴进入氧化亚铜内部、光生电子通过硫化锌掺镉和二氧化钛进入到背电场，这样可进一步提高太阳电池的内建电势。
39.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。