钙钛矿/晶硅叠层太阳电池及其制备方法与流程

本发明涉及新能源领域，具体而言，涉及一种钙钛矿/晶硅叠层太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、太阳电池作为可再生能源转换的关键器件，近年来在效率提升与成本降低方面取得了显著进展。其中，晶硅（c-si）太阳电池凭借成熟的产业化基础和良好的稳定性，长期占据光伏市场的主导地位。然而，受限于shockley-queisser理论极限，单结晶硅太阳电池的光电转换效率难以突破约29.4%。为突破该效率瓶颈，叠层太阳电池技术成为下一代高效率光伏器件的重要发展方向。

2、钙钛矿/晶硅叠层太阳电池（perovskite/silicon tandem solar cell）通过将宽带隙钙钛矿顶电池与窄带隙晶硅底电池进行光谱互补集成，可有效拓宽太阳光谱利用范围，显著提升整体光电转换效率。尤其在两端（2-terminal，2t）结构中，顶、底电池通过内部串联连接，不仅器件结构紧凑、外部电路简单，而且与现有光伏组件封装工艺高度兼容，因而受到学术界与产业界的广泛关注。

3、在两端钙钛矿/晶硅叠层电池中，晶硅底电池的设计尤为关键。其正面需具备优异的长波响应能力，并与钙钛矿顶电池形成低光学与电学损耗的复合结。为此，通常在晶硅底电池正面引入电子选择性钝化接触层及透明导电氧化物（tco）层，以实现高效的载流子提取与光学耦合。同时，晶硅底电池背面需兼具高质量的空穴选择性接触、低界面复合损失以及优异的长波段光学管理能力，以最大化底电池对近红外光的吸收。

4、目前，异质结（heterojunction with intrinsic thin-layer，hit）晶硅电池因其优异的表面钝化性能和高开路电压，被广泛用作叠层结构中的底电池。然而，hit电池依赖低温工艺、高成本的透明导电氧化物及银浆材料，且对制造环境要求严苛，限制了其在大规模产业化中的成本竞争力。

5、相比之下，基于隧穿氧化层钝化接触（tunnel oxide passivated contact，topcon）或polo（poly-si on oxide）结构的晶硅电池展现出良好的产业化前景。此类结构通常由晶硅基底表面的超薄隧穿氧化层（如1–2nm厚的sio2）及其上覆盖的重掺杂多晶硅（poly-si）层构成，可同时实现优异的载流子选择性传输与界面钝化，已在单结晶硅电池中实现>26.9%的转换效率，并具备与现有perc产线兼容的升级潜力。

6、然而，发明人研究发现，当将topcon或polo晶硅底电池应用于钙钛矿/晶硅叠层结构时，仍面临显著的技术挑战：一方面，若在晶硅底电池整个背面（尤其是制绒表面）沉积p型poly-si空穴选择性接触层，虽有利于光学陷光，但易导致严重的界面复合，从而降低底电池的开路电压；另一方面，若为抑制复合而采用全平面化背面结构，则会削弱对长波长光的陷光效果，降低底电池的短路电流密度，进而限制叠层器件的整体性能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种钙钛矿/晶硅叠层太阳电池及其制备方法，其能够在不牺牲开路电压的前提下提升短路电流密度，为实现高效率、高可靠性和可量产兼容的两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池提供了有效的技术支撑。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种钙钛矿/晶硅叠层太阳电池，包括：

4、晶硅基底；

5、所述晶硅基底的背面分为第一区域和第二区域，所述第二区域相对于所述第一区域凹陷；

6、形成于所述第一区域的隧穿氧化层，以及形成于所述隧穿氧化层的p型掺杂层，所述p型掺杂层为p型掺杂多晶硅层或p型掺杂多晶硅氧化层；

7、形成于所述p型掺杂层和所述第二区域的介质叠层，所述介质叠层包括介电钝化层和背面反射层；

8、与所述p型掺杂层电连接的多个金属电极，所述金属电极穿设于所述介质叠层；

9、其中，任意相邻两个所述金属电极之间留有间隔。

10、在可选的实施方式中，所述第一区域在所述晶硅基底背面中的面积占比为0.5-80%。

11、在可选的实施方式中，所述第一区域在所述晶硅基底背面中的面积占比为10-60%。

12、在可选的实施方式中，所述第一区域在所述晶硅基底背面中的面积占比为30-40%。

13、在可选的实施方式中，所述第二区域相对于所述第一区域的凹陷深度为0.05-50μm。

14、在可选的实施方式中，所述第二区域相对于所述第一区域的凹陷深度为0.1-20μm。

15、在可选的实施方式中，所述第二区域相对于所述第一区域的凹陷深度为0.5-10μm。

16、在可选的实施方式中，所述第二区域相对于所述第一区域的凹陷深度为0.5-2μm。

17、在可选的实施方式中，所述第一区域的表面为抛光平面；

18、所述第二区域的表面为抛光平面或金字塔型陷光结构。

19、在可选的实施方式中，全部所述金属电极在所述晶硅基底背面中的面积占比为0.05-20%。

20、在可选的实施方式中，全部所述金属电极在所述晶硅基底背面中的面积占比为0.1-10%。

21、在可选的实施方式中，相邻两个所述金属电极之间通过导电互联件电连接；其中，相邻两个所述导电互联件之间留有间隔，所述导电互联件包括金属细栅、汇流电极、导电胶、焊带或导电互联。

22、在可选的实施方式中，所述介质叠层上对应于所述第一区域的区域设有多个间隔的接触开口；每个所述金属电极穿过一个所述接触开口后与所述p型掺杂层电连接。

23、第二方面，本发明提供一种钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的制备方法，包括：

24、提供晶硅基底；

25、在所述晶硅基底的背面划分出第一区域；

26、在所述第一区域形成隧穿氧化层以及在所述隧穿氧化层上形成p型掺杂层，其中，所述p型掺杂层为p型掺杂多晶硅层或p型掺杂多晶硅氧化层；

27、在背面上除所述第一区域以外的区域形成第二区域，其中，所述第二区域相对于所述第一区域凹陷；

28、在所述p型掺杂层和所述第二区域上形成介质叠层，其中，所述介质叠层包括介电钝化层和背面反射层；

29、形成穿过所述介质叠层，并与所述p型掺杂层电连接的多个金属电极；其中，任意相邻两个所述金属电极之间留有间隔。

30、在可选的实施方式中，形成穿过所述介质叠层，并与所述p型掺杂层电连接的多个金属电极的步骤包括：

31、采用烧穿型浆料，通过丝网印刷金属工艺形成所述金属电极。

32、在可选的实施方式中，在所述第一区域形成隧穿氧化层的步骤以及在所述隧穿氧化层上形成p型掺杂层的步骤包括：

33、先在所述晶硅基底的整个背面形成隧穿氧化层以及在所述隧穿氧化层上形成p型掺杂层，然后通过图形化刻蚀去除所述第一区域以外区域的p型掺杂层；

34、或，

35、先在所述晶硅基底的背面上第一区域以外的区域形成图形化掩膜，然后在所述第一区域形成隧穿氧化层以及在所述隧穿氧化层上形成p型掺杂层，最后去除所述掩膜；

36、或，

37、先在所述第一区域形成本征多晶硅层或多晶硅氧化层，再进行局部硼扩散、局域离子注入、局域激光掺杂或局域硼浆扩散。

38、在可选的实施方式中，在背面上除所述第一区域以外的区域形成第二区域的步骤包括：

39、对背面上除所述第一区域以外的区域进行刻蚀，以形成所述第二区域；其中，刻蚀的方式为碱液刻蚀、酸性刻蚀、激光刻蚀、等离子体刻蚀、反应离子刻蚀、金属辅助化学刻蚀中的一种或几种；

40、对所述第二区域进行碱液抛光或碱性各向异性刻蚀。

41、在可选的实施方式中，形成穿过所述介质叠层，并与所述p型掺杂层电连接的多个金属电极的步骤包括：

42、在所述介质叠层上对应于所述第一区域的区域形成多个相互间隔的接触开口；

43、在每个所述接触开口处形成一个所述金属电极。

44、在可选的实施方式中，通过激光开口、光刻刻蚀、湿法刻蚀、等离子体刻蚀、喷墨刻蚀浆料或丝网印刷刻蚀浆料，在所述介质叠层上形成多个所述接触开口；

45、通过丝网印刷、喷墨打印、点胶、局域蒸镀、局域溅射、激光转印、电镀、化学镀或掩膜沉积，在每个所述接触开口处形成所述金属电极。

46、在可选的实施方式中，在每个所述接触开口处形成一个所述金属电极的步骤包括：

47、先在所述接触开口处形成与所述p型掺杂层电性接触的接触种子层，然后在所述接触种子层上形成导电增强层，最后在所述导电增强层上形成保护层；

48、或，

49、在所述接触开口处印刷银浆、银铝浆、铝浆或导电胶后进行固化。

50、本发明实施例相较于现有技术的有益效果包括：

51、第一区域集中承担空穴选择性提取与低阻电接触功能：其隧穿氧化层与p型掺杂多晶硅层共同构成高质量钝化接触结构，在提升空穴收集效率的同时，有效抑制金属电极与硅基底直接接触所引发的界面复合；此外，该区域作为金属电极的局域接触窗口，不仅提供了低接触电阻的导电通路，还因其具有一定面积而具备工艺对准容差能力，降低了因电极偏移导致的性能劣化风险。

52、与此同时，第二区域作为非接触区，通过保留凹陷形貌并覆盖介电钝化层和背面反射层，显著增强了背面的光学管理能力，结合高反射率介质层可有效提升近红外光在晶硅底电池中的往返路径，从而提高长波段光子的吸收效率；同时，该区域避免了p型poly-si及金属的连续覆盖，减少了不必要的寄生吸收与热应力集中，并通过高度差形成的物理隔离，进一步抑制金属浆料横向扩散或误接触引起的漏电与短路倾向。

53、而且，金属穿过介质叠层后再与p型掺杂层钝化接触，可以显著减少金属电极与p型掺杂层的实际接触面积，降低金属诱导复合，同时仍然保证载流子能够通过接触窗口被有效引出。