一种光伏器件及其制备方法与流程

本发明属于光伏领域，具体涉及一种光伏器件及其制备方法。

背景技术：

1、单结晶硅电池的理论效率极限（shockley-queisser极限）约为29.4%，目前，其量产效率已逼近26.8%，进一步提效空间有限。钙钛矿/硅（perovskite/si）叠层电池通过宽带隙钙钛矿顶电池（1.68 ev）与窄带隙硅底电池（1.12 ev）的光谱互补，理论效率突破43%，已成为下一代高效光伏的核心技术路线。近年来，以oxford pv、隆基绿能、晶科能源、通威股份为代表的企业已实现gw级中试线布局，叠层组件量产效率突破30%，度电成本（lcoe）较单结晶硅电池具备显著下降潜力。

2、叠层电池的产业化进程受制于隧穿互联层（interconnecting layer, icl）的界面可靠性与工艺兼容性。传统icl通常由cvd制备的n型微晶硅（μc-si:h）+磁控溅射透明导电氧化物（tco，如ito/izo）构成。该结构在实验室小面积器件中表现优异，但在大面积、绒面织构及长期户外工况下面临严重的界面退化问题，成为制约叠层电池寿命与良率的关键卡点。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述问题，提出一种光伏器件及其制备方法，本发明提供的光伏器件具有较高的光电转换效率和填充因子，稳定性优异，具有非常高的商业化应用前景。

2、本发明的一个方面提供一种光伏器件，所述光伏器件从受光背面到受光正面依次包含空穴传输层、无机界面层和钙钛矿吸光层；所述空穴传输层包括自组装单分子材料；所述自组装单分子材料包括含选自羟基、羧基、氨基、膦酸基和甲硫基的基团的化合物。

3、在一个或多个实施方案中，所述自组装单分子材料包括含至少两个选自羟基、羧基、氨基、膦酸基和甲硫基的基团的化合物。

4、在一个或多个实施方案中，所述化合物中的至少一个选自羟基、羧基、氨基、膦酸基和甲硫基的基团为所述化合物的端基。

5、在一个或多个实施方案中，所述无机界面层的厚度为0.4-2nm。

6、在一个或多个实施方案中，所述无机界面层的厚度为0.5-1.8nm。

7、在一个或多个实施方案中，所述无机界面层材料选自无机氧化物、无机卤化物、无机硫化物、无机硒化物、无机氮化物和无机碲化物中的一种或多种。

8、在一个或多个实施方案中，所述无机氧化物包括选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛和氧化镁中的一种或多种。

9、在一个或多个实施方案中，所述无机氮化物包括选自氮化硅、氮化铝和氮化硼中的一种或多种。

10、在一个或多个实施方案中，所述无机卤化物包括选自卤化镁、卤化锂和卤化铝中的一种或多种。

11、在一个或多个实施方案中，所述无机硫化物包括硫化锌。

12、在一个或多个实施方案中，所述自组装单分子材料具有式i或式ii所示的结构：

13、，

14、式i中，r1和r2各自独立为羟基、羧基、氨基或甲硫基；r3为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基；l1、l2各自独立为c3-c12亚杂芳基、c6-c12亚芳基、c1-c4亚烷基或不存在；

15、，

16、式ii中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8各自独立为氢原子、羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基或硼酸基，且x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8中至少有一个基团为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基；z选自式iii结构（）和式iv结构（），其中，为与式ii化合物其余部分的连接位点，m1和m2各自独立地选自c1-c4烷基；m3选自取代或未取代的c6-c14芳香基，所述c6-c14芳香基任选被1、2、3、4或5个选自羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基和硼酸基的取代基取代。

17、在一个或多个实施方案中，式i中，l1、l2各自独立为2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基、亚苯基或不存在。

18、在一个或多个实施方案中，式ii中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8各自独立为氢原子、羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基或硼酸基，且x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8中至少有一个基团为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基；z选自式iii结构（）和式iv结构（），其中，为与式ii化合物其余部分的连接位点，m1和m2各自独立地选自c1-c4烷基；m3选自取代或未取代的苯基，所述苯基任选被1、2、3、4或5个选自羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基和硼酸基的取代基取代。

19、在一个或多个实施方案中，式ii中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8各自独立为氢原子、羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基或硼酸基，且x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8中至少有一个基团为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基；z选自式iii结构（）和式iv结构（），其中，为与式ii化合物其余部分的连接位点，m1和m2各自独立地选自c1-c4烷基；m3选自取代或未取代的苯基，所述苯基任选被1个选自羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基和硼酸基的取代基取代。

20、在一个或多个实施方案中，所述式ii化合物为，式v中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8各自独立为氢原子、羟基、羧基、氨基、甲硫基、膦酸基、磺酸基或硼酸基；其中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8中至少有三个基团不为氢；且x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8中至少有一个基团为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基。

21、在一个或多个实施方案中，所述式ii化合物为，

22、式vi中，y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7和y8各自独立为氢原子、羟基、羧基、氨基或甲硫基；y9为膦酸基、磺酸基、羧基或硼酸基；l3为c3-c12亚杂芳基、c6-c12亚芳基、c1-c4亚烷基或不存在；其中，y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7和y8中至少有一个基团不为氢。

23、在一个或多个实施方案中，式vi中，l3为亚苯基、c1-c4烷基或不存在。

24、在一个或多个实施方案中，所述自组装单分子材料选自：

25、，，和。

26、在一个或多个实施方案中，所述光伏器件为晶硅-钙钛矿叠层电池。

27、在一个或多个实施方案中，所述晶硅-钙钛矿叠层电池从受光背面到受光正面依次包含晶硅电池、隧穿层、空穴传输层、无机界面层、钙钛矿吸光层、电子传输层、透明导电层和金属电极。

28、在一个或多个实施方案中，所述钙钛矿吸光层与所述电子传输层之间还设有钙钛矿钝化层。

29、在一个或多个实施方案中，所述隧穿层包括透明导电氧化物。

30、本发明的另外一个方面还提供一种制备本发明任一实施方案中所述的光伏器件的方法，所述方法包括：在导电基底上依次制备空穴传输层、无机界面层和钙钛矿吸光层；所述无机界面层通过原子层沉积或化学浴沉积制备得到；沉积所述无机界面层的温度低于所述空穴传输层的热分解温度。

31、在一个或多个实施方案中，所述导电基底包括隧穿层和任选的位于隧穿层背离受光侧的晶硅电池。

32、本发明的空穴传输层中，自组装单分子材料包含的官能团（例如羧基、羟基、氨基、甲硫基等）可以与无机界面层形成化学配位键，将自组装单分子材料牢固地“锚定”在无机界面层上，实现空穴传输层在无机界面层上的化学锚定（上界面锚定），显著提升界面的热稳定性和机械稳定性。进一步地，自组装单分子材料包含的官能团还可以作为成核位点，引导无机界面层在原子级厚度（不大于2nm）的条件下连续致密生长，有效阻隔水氧并钝化界面缺陷，形成物理钝化与化学钝化双重保护，提高无机界面层致密性（即提升钝化效果）。此外，自组装单分子材料中的锚定基团（例如膦酸基）朝向隧穿层，可以与隧穿层表面的金属氧化物（如izo）形成p-o-m强配位键，实现空穴传输层在隧穿层上的化学锚定。通过这种上下界面双重锚定，自组装单分子材料被牢固固定于两个界面之间，在后续钙钛矿退火结晶（通常>100℃）过程中能够保持稳定的分子取向和排列秩序，避免因热运动导致的分子翻转、脱附或取向紊乱，从而持续提供均匀的成核位点，引导钙钛矿沿最优结晶方向垂直生长，同时维持无机界面层的致密性和界面钝化效果，进而显著提升器件的光电转换效率和热稳定性。