一种钙钛矿两端叠层电池减反层开孔结构的制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿两端叠层电池的减反层开孔结构的制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿两端叠层太阳能电池结合了钙钛矿电池宽禁带、高光电转换效率和硅电池稳定性优良的特点，是当前光伏领域的研究热点。其核心结构通常包括自上而下依次叠层的顶电池（钙钛矿层）、中间界面层、底电池（硅电池），以及位于电池表面的减反层和用于电荷收集的顶电极，顶电极包括若干平行排布的主栅电极和垂直于主栅电极的细栅电极，主栅电极用于实现电荷汇流与外部电路连接。

2、减反层作为钙钛矿两端叠层电池的关键光管理结构，其核心作用是减少入射光在电池表面的反射损失，提升光吸收效率，从而提高电池的光电转换性能。因此减反层通常需要完整覆盖电池表面，以实现全区域的减反效果。而主栅电极作为电荷汇流的核心部件，需要与外部电路实现良好电连接，才能将电池产生的电能高效导出。

3、现有技术中，对于减反层的全覆盖与主栅电极的暴露这两种不同性质的要求，通常采用两种方式：一种是先制备主栅电极，再在主栅电极之外的区域制备减反层，该方式需要对主栅电极进行精准掩膜保护，掩膜工艺复杂、成本高，且掩膜边缘易出现漏涂、溢涂问题，导致减反层覆盖不完整或遮挡主栅电极，影响减反效果和电连接稳定性；另一种是在先制备的主栅电极上覆盖整片减反层，再通过机械刻蚀或化学刻蚀的方式去除主栅位置上面的减反层，以露出主栅。但机械刻蚀易造成主栅电极磨损、电池表面损伤，化学刻蚀则存在刻蚀精度低、易腐蚀电池活性层（尤其是钙钛矿层）、刻蚀废液污染环境等缺陷，且难以适配钙钛矿叠层电池的精细结构需求，无法兼顾减反层的完整性和主栅暴露的精准度。

4、此外，钙钛矿两端叠层电池的钙钛矿层、底电池层对加工工艺的温度、精度要求极高，传统刻蚀方式的高温、化学腐蚀特性易导致电池活性层缺陷增加，引发非辐射复合加剧，降低电池的转换效率和长期稳定性；同时，现有去除主栅位置上的减反层的开孔方式难以实现主栅位置的精准定位，易出现开孔偏移，导致主栅暴露不充分或过度刻蚀，进一步影响电池的电性能和可靠性，制约了钙钛矿两端叠层电池的产业化应用。

5、因此，亟需一种能够解决上述技术缺陷的方案，实现减反层整片完整覆盖以保证减反效果，同时精准、无损地在主栅位置开孔，露出主栅电极，兼顾电池的光吸收效率、电连接性能和结构稳定性。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有钙钛矿两端叠层电池的制备时难以即实现减反层整片完整覆盖以保证减反效果，而又同时精准、无损地在主栅位置开孔，露出主栅电极，兼顾电池的光吸收效率、电连接性能和结构稳定性的问题，提供一种可有效解决所述问题的钙钛矿两端叠层电池减法层开孔结构的制备方法。

2、本发明解决问题的技术思路是在先制备的电池主体的主栅电极上实现减反层的整片生长，之后通过激光精准无损地在主栅位置上面开孔，露出主栅电极，兼顾减反层全区域覆盖的减反效果和主栅良好的外接电连接性能，同时避免对电池tco层造成损伤，提升电池的光电转换效率、稳定性和可靠性，降低制备成本，适配产业化生产需求。

3、具体的，本发明提供的一种钙钛矿两端叠层电池减反层开孔结构的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、在钙钛矿两端叠层电池本体的上下表面制备完整覆盖电极及非电极区域的减反层；

5、步骤2、对所述电极的主栅电极位置上面的减反层进行激光精准开孔，同时对开孔后裸露的主栅电极进行原位低温烧结，使得主栅电极表面致密化，以便降低接触电阻，提升欧姆接触质量；

6、步骤3、采用惰性气体持续吹扫激光处理后的电池表面及开孔区域，确保开孔孔壁光滑平整，主栅电极完全裸露且烧结致密。

7、优选的，在步骤2中，利用双光束同轴同步扫描设备发出的第一束低功率冷激光进行开孔，并控制激光功率、刻蚀速度和刻蚀深度，确保刻蚀深度与减反层厚度一致，仅去除主栅电极上方的减反层，不损伤下方的主栅电极、细栅电极及tco电极层；利用双光束同轴同步扫描设备发出的第二束高功率热激光，其光斑小于开孔尺寸，同步对所述开孔处裸露的主栅电极进行原位低温烧结。

8、优选的，在步骤2中，采用单束分级功率激光设备，选用纳秒级脉冲激光，激光光斑能量呈高斯平顶分布，光斑中心区域为高能区，实现减反层的汽化去除以形成所述的开孔；同时光斑边缘区域为低能区，形成温和热场，对开孔后裸露的主栅电极进行原位低温烧结，在一次激光扫描中同步完成减反层开孔与电极接触改性；

9、优选的，在步骤2中，激光的功率为5-20w，刻蚀速度为10-50mm/s，激光光斑直径为30-200μm，采用定位精度≤±5μm的激光定位系统，确保精准开孔。

10、优选的，所述主栅电极的宽度为0.01-0.1mm，相邻主栅电极的间距5-15mm，开孔的宽度比主栅电极的宽度大0-30μm，确保主栅电极完全裸露。

11、优选的，所述的减反层为单层结构或多层复合结构；当减反层采用多层复合结构时，各层材料的折射率呈梯度变化，从靠近顶电极一侧向外侧折射率逐渐降低。

12、优选的，所述减反层的材料为lif、mgf2、pdms或lm箔中的一种。

13、优选的，在步骤3中，所述的惰性气体为氮气或氩气。

14、优选的，设于电池本体上表面的顶电极下方的钙钛矿顶电池层的材料为宽带隙的有机无机杂化钙钛矿材料或全无机钙钛矿材料，采用两步顺序沉积或一步法沉积的溶液法制备该钙钛矿顶电池层。

15、本发明与现有技术相比，具有以下显著有益效果：

16、实现减反效果与主栅暴露的双重优化：减反层采用整片生长方式，完整覆盖电池表面（除开孔区域外），最大限度减少入射光的反射损失，提升光吸收效率，解决了传统掩膜法减反层覆盖不完整的问题；同时通过激光精准开孔，仅去除主栅位置的减反层，露出主栅电极，确保主栅与外部电路的良好电连接，避免了传统刻蚀方式导致的主栅磨损、电池损伤等缺陷，兼顾了电池的光吸收性能和电连接性能，助力电池转换效率突破现有瓶颈，适配叠层电池的高效需求，可配合优化后的多层减反膜实现反射损失的最小化，进一步提升电池效率。

17、开孔精度高、无损性好：采用激光刻蚀方式，结合高精度定位系统，可实现开孔位置与主栅电极的精准对齐，定位精度≤±5μm，开孔尺寸与主栅尺寸精准匹配，开孔边缘光滑平整，无毛刺、无破损；同时精准控制激光刻蚀深度，仅去除减反层，不损伤下方的主栅电极、细栅电极及钙钛矿顶电池层、底电池层，避免了机械刻蚀的物理损伤和化学刻蚀的腐蚀损伤，减少电池活性层缺陷，降低非辐射复合损失，有效提升电池的光电转换效率和长期稳定性，适配钙钛矿叠层电池对加工精度和结构完整性的高要求，解决了“钝化-传输”矛盾带来的性能限制问题，提升载流子传输效率和寿命。

18、制备工艺简单、成本低、适配产业化：无需复杂的掩膜工艺，减反层整片生长后直接进行激光开孔，工艺步骤简化，生产效率高；激光刻蚀过程无废液产生，绿色环保，且激光设备可实现自动化、规模化操作，适配大面积钙钛矿两端叠层电池的产业化生产需求，降低了制备成本和工艺难度，同时利用低温制备工艺，可与现有低温背接触封装方式兼容，减少组件功率损失，进一步提升产业化可行性，解决了传统工艺窗口狭窄、产业化难度大的问题。

19、结构稳定性强、可靠性高：开孔与主栅电极之间无间隙、无重叠，避免了杂质进入开孔区域导致的接触不良问题；减反层完整覆盖细栅电极和非电极区域，不仅起到减反作用，还能对细栅电极和电池表面起到保护作用，减少外界环境（如湿气、氧气）对电池的侵蚀，提升电池的环境适应性和长期可靠性；同时减反层材料选用与钙钛矿叠层电池适配的低折射率材料，进一步优化光管理效果，与电池本体结构协同提升性能稳定性，解决了传统叠层电池稳定性欠佳的问题，延用寿命。