权利要求
1.一种
太阳能电池，其特征在于，所述太阳能
电池包括依次层叠设置的栅线电极层、电子传输层、
钙钛矿层、空穴传输层和基底;
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为(1~2)：(1~2);
和/或，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和锌的原子数量之比为(1~2)：(1~2)。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率为10cm2/(V·s)~50cm2/(V·s);
和/或，所述非晶氧化铟镓锌层的厚度为1nm~100nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为过渡金属氧化物层、自组装单分子材料层和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)层中的一种或多种叠层;
和/或，所述钙钛矿层的材料通式为Csx1FAx2MA1-x1-x2Pb(BryI1-y)3或CsPbI2Br;其中，0
和/或，所述栅线电极层为金层、银层、
铜层、
铝层、钛层、
镍层和钼层中的一种或多种叠层。
5.根据权利要求1~4任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为单结
钙钛矿电池，所述电子传输层和所述栅线电极层之间还设置有空穴阻挡层;
和/或，所述空穴阻挡层为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层和4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层中的一种或多种叠层;
和/或，所述基底为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
6.根据权利要求1~4任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层和所述钙钛矿层之间还设置有钝化层;
其中，所述钝化层为2-苯乙胺盐酸盐层、4-三氟甲基-苯胺盐酸盐层、2-噻吩乙胺盐酸盐层、乙胺盐酸盐层、正丁胺盐酸盐层、苯乙胺碘层、辛胺碘层、1,4-苯二胺氢碘酸盐层和1,3-丙二胺二氢碘酸盐层中的一种或多种叠层。
7.根据权利要求1~4任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为叠层太阳能电池，所述基底包括层叠设置的互联层和底电池结构;所述互联层靠近所述空穴传输层设置，其中，所述互联层为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层;
和/或，所述底电池结构包括晶硅太阳能电池结构、CIGS薄膜太阳能电池结构、
碲化镉薄膜太阳能电池结构、III-V薄膜太阳能电池或
钙钛矿太阳能电池结构。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层背离所述钙钛矿层的一侧表面还设置有氧化
锡缓冲层;
和/或，所述栅线电极层靠近所述电子传输层的一侧表面还设置有透明电极层。
9.一种权利要求1~8任一项所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
于所述基底表面依次制备所述空穴传输层、所述钙钛矿层、所述电子传输层和所述栅线电极层;所述电子传输层为所述非晶氧化铟镓锌层;
其中，所述非晶氧化铟镓锌层的制备方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶液法和原子层沉积法中的一种或多种。
10.一种
光伏组件，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述的太阳能电池。
说明书
技术领域
[0001]本申请涉及光电器件技术领域，具体涉及太阳能电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术
[0002]太阳能电池，又称
光伏电池，是一种能将太阳光能直接转化为电能的半导体器件。其在发电过程中不会造成环境污染，且光能作为可再生资源，赋予了太阳能电池广阔的发展前景，使其成为极具潜力的新型电池。随着太阳能电池产业的快速发展，对太阳能电池的性能和稳定性要求也随之提高。
[0003]太阳能电池中，电子传输层能够高效提取和传输光生电子，其直接影响电荷分离效率与复合损失，对保证太阳能电池性能具有重要作用。目前，广泛使用富勒烯(如C60)层作为电子传输层，但其存在电子迁移率不足，且与钙钛矿层界面接触不良的问题，限制了电子的高效传输，影响太阳能电池的光电性能。
发明内容
[0004]基于此，本申请提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。本申请的太阳能电池采用非晶氧化铟镓锌层，其具有良好的电子传输能力，并能够降低与钙钛矿层的界面接触电阻;进一步在与其他功能层的协同下，提升太阳能电池的光电性能。
[0005]本申请的第一方面，提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括依次层叠设置的栅线电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和基底;
[0006]其中，所述电子传输层为非晶氧化铟镓锌层。
[0007]在其中一些实施例中，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为(1~2)：(1~2)。
[0008]在其中一些实施例中，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和锌的原子数量之比为(1~2)：(1~2)。
[0009]在其中一些实施例中，所述非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率为10cm2/(V·s)~50cm2/(V·s)。
[0010]在其中一些实施例中，所述非晶氧化铟镓锌层的厚度为1nm~100nm。
[0011]在其中一些实施例中，所述空穴传输层为过渡金属氧化物层、自组装单分子材料层和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)层中的一种或多种叠层。
[0012]在其中一些实施例中，所述钙钛矿层的材料通式为Csx1FAx2MA1-x1-x2Pb(BryI1-y)3或CsPbI2Br;其中，0
[0013]在其中一些实施例中，所述栅线电极层为金层、银层、铜层、铝层、钛层、镍层和钼层中的一种或多种叠层。
[0014]在其中一些实施例中，所述太阳能电池为单结钙钛矿电池，所述电子传输层和所述栅线电极层之间还设置有空穴阻挡层。
[0015]在其中一些实施例中，所述空穴阻挡层为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层和4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层中的一种或多种叠层。
[0016]在其中一些实施例中，所述基底为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
[0017]在其中一些实施例中，所述电子传输层和所述钙钛矿层之间还设置有钝化层。
[0018]其中，所述钝化层为2-苯乙胺盐酸盐层、4-三氟甲基-苯胺盐酸盐层、2-噻吩乙胺盐酸盐层、乙胺盐酸盐层、正丁胺盐酸盐层、苯乙胺碘层、辛胺碘层、1,4-苯二胺氢碘酸盐层和1,3-丙二胺二氢碘酸盐层中的一种或多种叠层。
[0019]在其中一些实施例中，所述太阳能电池为叠层太阳能电池，所述基底包括层叠设置的互联层和底电池结构;所述互联层靠近所述空穴传输层设置。
[0020]在其中一些实施例中，所述互联层为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
[0021]在其中一些实施例中，所述底电池结构包括晶硅太阳能电池结构、CIGS薄膜太阳能电池结构、碲化镉薄膜太阳能电池结构、III-V薄膜太阳能电池或钙钛矿太阳能电池结构。
[0022]在其中一些实施例中，所述电子传输层背离所述钙钛矿层的一侧表面还设置有氧化锡缓冲层。
[0023]在其中一些实施例中，所述栅线电极层靠近所述电子传输层的一侧表面还设置有透明电极层。
[0024]本申请的第二方面，提供一种本申请第一方面所述的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0025]于所述基底表面依次制备所述空穴传输层、所述钙钛矿层、所述电子传输层和所述栅线电极层;所述电子传输层为所述非晶氧化铟镓锌层;
[0026]其中，所述非晶氧化铟镓锌层的制备方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶液法和原子层沉积法中的一种或多种。
[0027]本申请的第三方面，提供一种光伏组件，包括本申请第一方面所述的太阳能电池。
[0028]本申请提供的太阳能电池至少具有以下有益效果：
[0029]本申请的太阳能电池以非晶氧化铟镓锌层作为电子传输层，其具有优异的电子迁移率;且其设于栅线电极层和钙钛矿层之间时，与钙钛矿层和栅线电极层具有良好的界面接触特性，使得光生电子从钙钛矿层向栅线电极层的传输更加高效，减少界面复合损失，提高了填充因子。进一步地，非晶氧化铟镓锌层良好的化学稳定性和热稳定性，也降低了太阳能电池的性能衰减，提升了器件的使用寿命。因此，本申请的太阳能电池采用非晶氧化铟镓锌层，其具有良好的电子传输能力，并能够降低与钙钛矿层的界面接触电阻;进一步在与其他功能层的协同下，提升太阳能电池的光电性能。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
[0031]图1为本申请一示例中太阳能电池为单结钙钛矿电池的结构示意图;
[0032]图2为本申请一示例中太阳能电池为叠层电池的结构示意图;
[0033]图3为本申请一示例中太阳能电池为叠层电池的又一结构示意图;
[0034]图4为实施例1和对比例1的太阳能电池的J-V曲线。
[0035]附图标记说明
[0036]110、基底;120、空穴传输层;130、钙钛矿层、140、电子传输层;150、栅线电极层;160、空穴阻挡层;170、钝化层;111、互联层;112、底电池结构;180、氧化锡缓冲层;190、透明电极层;1121、N型硅;1122、第一钝化层;1123、硅基底;1124、第二钝化层;1125、P型硅;1126、第二电极层。
具体实施方式
[0037]以下结合具体实施例对太阳能电池及其制备方法、光伏组件作进一步完整、清楚的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
[0038]传统技术中，主要选用C60材料作为电子传输层。C60在薄膜状态下具有一定的电子传输能力，但其电子迁移率相对较低。一方面，在宽带隙钙钛矿电池中，由于光生载流子的扩散长度较长，若电子传输层的迁移率不足，则容易造成电荷堆积或复合损失，从而降低器件效率。另一方面，C60与钙钛矿层之间的界面接触不良。C60是一种有机小分子材料，通常通过真空蒸镀形成致密薄膜，而钙钛矿薄膜多为结晶性无机-有机杂化材料，两者之间存在表面能不匹配和润湿性差的问题，导致界面结合不够紧密，进而影响了电子从钙钛矿层向电子传输层的有效转移，进一步限制了电流输出，影响光电效率。
[0039]为解决上述问题，有技术选用SnO2和TiO2等金属氧化物，但这类材料需要高温退火处理，如TiO2需要在450℃以上烧结。较高的烧结温度不仅增加了能耗，且该较高的烧结温度高于钙钛矿材料的分解温度，进而导致只能在基底上形成上述金属氧化物，即仅能形成正式太阳能结构(由受光面至背光面依次包括空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、基底)。且上述金属氧化物还限制了其在柔性基底或对热敏感基底上的应用。
[0040]另外，作为C60的一种改性形式，[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)及其富勒烯衍生物也得到了广泛的应用，但其易降解，导致其电子传输性能会下降，且其为有机材料，合成过程复杂，生产成本高。
[0041]基于此，参阅图1~图3。本申请的第一方面，提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括依次层叠设置的栅线电极层150、电子传输层140、钙钛矿层130、空穴传输层120和基底110;
[0042]其中，所述电子传输层140为非晶氧化铟镓锌层。
[0043]非晶氧化铟镓锌(Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide，简称a-IGZO)是一种n型
半导体材料，由铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的氧化物组成。本申请发现，非晶态结构的氧化铟镓锌层无需依赖长程有序的晶体结构就能实现优异的电子传输性能，从而能够有效简化工艺流程并降低生产成本。
[0044]本申请的太阳能电池以非晶氧化铟镓锌层作为电子传输层140，其为无机氧化物材料，因此能避免有机材料合成复杂、生产成本高的问题。同时，非晶氧化铟镓锌层具有优异的电子迁移率;将其设于栅线电极层150和钙钛矿层130之间时，其与钙钛矿层130和栅线电极层150具有良好的界面接触特性，使得光生电子从钙钛矿层130向栅线电极层150的传输更加高效，减少界面复合损失，提高了填充因子。进一步地，非晶氧化铟镓锌层良好的化学稳定性和热稳定性，也降低了太阳能电池的性能衰减，提升了器件的使用寿命。
[0045]因此，本申请的太阳能电池采用非晶氧化铟镓锌层，其具有良好的电子传输能力，并能够降低与钙钛矿层130的界面接触电阻;进一步在与其他功能层的协同下，提升太阳能电池的光电性能。
[0046]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为(1~2)：(1~2)。可以理解地，铟和镓的原子数量之比包括但不限于1：1、1：1.2、1：1.3、1：1.4、1：1.5、1：1.6、1：1.8、1：1.9、1：2、2：1、1.8：1、1.6：1、1.4：1、1.2：1，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0047]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层中，铟和锌的原子数量之比为(1~2)：(1~2)。可以理解地，铟和锌的原子数量之比包括但不限于1：1、1：1.2、1：1.3、1：1.4、1：1.5、1：1.6、1：1.8、1：1.9、1：2、2：1、1.8：1、1.6：1、1.4：1、1.2：1，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0048]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层中，氧的原子数量与铟、镓、锌的原子数量之和的比值为(3.8~4.5)：1。非晶氧化铟镓锌层为氧化铟、氧化镓和
氧化锌的组合。氧的原子数量与铟、镓、锌的原子数量之和的比值包括但不限于3.8：1、3.9：1、4：1、4.2：1、4.3：1或4.5：1。
[0049]将非晶氧化铟镓锌层中各元素的原子数量限定在上述范围内，其能兼具高的电子迁移率和结构稳定性，进而提升太阳能电池的光电性能和稳定性。
[0050]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层的制备方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶液法和原子层沉积法中的一种或多种;且所述非晶氧化铟镓锌层的制备温度为15℃~170℃，例如可以是、15℃、30℃、50℃、70℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃或170℃。
[0051]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率为10cm2/(V·s)~50cm2/(V·s)。
[0052]本示例提供的非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率高于传统C60材料的电子迁移率<1cm2/(V·s)，其利于快速提取光生电子，减少复合损失。示例地，非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率包括但不限于10cm2/(V·s)、20cm2/(V·s)、30cm2/(V·s)、40cm2/(V·s)或50cm2/(V·s)，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0053]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层的厚度为1nm~100nm。该厚度范围可在保证良好电子传输性与光学透明性的同时，减少与钙钛矿层130之间的界面缺陷，提升层间兼容性，实现太阳能电池光电性能的提升。示例地，非晶氧化铟镓锌层的厚度包括但不限于1nm、10nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0054]在其中一些示例中，所述空穴传输层120为过渡金属氧化物层、自组装单分子材料层和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)层中的一种或多种叠层。
[0055]在其中一些示例中，空穴传输层120的制备方法包括但不限于旋涂法。
[0056]进一步示例地，过渡金属氧化物层中包括的过渡金属氧化物包括NiO或CuO。
[0057]自组装单分子材料层中包括的自组装单分子层材料包括[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACz)、[2-(3,6-二苯基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(Me-2PACz)、(2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基)膦酸(MeO-2PACz)、2-(3,6-二溴-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(Br-2PACz)、2-(3,6-二氯-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(Cl-2PACz)、2-(3,6-二氟-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(F-2PACz)、[4-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸(4PACz)、[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸(Me-4PACz)、[4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸(MeO-4PACz)、[4-(3,6-二溴-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸(Br-4PACz)、(4-(3,6-二氯-9H-咔唑-9-基)丁基)膦酸(Cl-4PACz)、 (4-(3,6-二氟-9H-咔唑-9-基)丁基)膦酸(F-4PACz)、[4-(7H-二苯并咔唑-7-基)丁基]膦酸(4PADCB)、[4-(2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶-10(9氢)-基)丁基]膦酸(2Br-4DMAcPA)、4-苯基丁酸钠盐(4-PBA)、(2-(4-(双(4-甲氧基苯基)氨基)苯基)-1-氰基乙烯基)膦酸(MPA-CPA)或[2-(3,7-二溴-10H-吩噻嗪-10-基)乙基]膦酸(Br-2EPT)。
[0058]优选地，自组装单分子材料层为[4-(7H-二苯并咔唑-7-基)丁基]膦酸(4PADCB)层。该自组装单分子材料中膦酸基能够通过强化学键与基底110结合，并能对钙钛矿层130的结晶进行调控以减少缺陷;丁基链的柔性利于形成均匀致密单分子层，二苯并咔唑基的高共轭性能促进空穴传输并通过空间位阻抑制分子聚集与非辐射复合，实现高效电荷提取。
[0059]进一步地，空穴传输层120的厚度为10nm~200nm。具体地，空穴传输层120的厚度包括但不限于10 nm、20nm、30nm、40nm、60 nm、80 nm、100 nm、120 nm、140 nm、160 nm、180 nm或200 nm。
[0060]在其中一些示例中，所述钙钛矿层130的结构通式为ABX3。A位包括但不限于甲胺离子(MA+，CH3NH3+)、二甲胺离子((CH3)2NH2+)、甲脒离子(FA+，CH2NH2+)、乙脒离子(C2H5NH3+)、铯离子(Cs+)和铷离子(Rb+)中的一种或多种。B位包括但不限于
铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)和锗离子(Ge2+)中的一种或多种。X位包括但不限于溴离子(Br-)、碘离子(I-)、氯离子(Cl-)、硫氰酸根离子(SCN-)、四氟硼酸根离子(BF4-)和六氟硼酸根离子(BF6-)中的一种或多种。
[0061]在其中一些示例中，所述钙钛矿层130的材料通式为ABX3。A离子选自甲脒离子(FA+)、铯离子、甲胺离子(MA+)、二甲基胺离子、胍离子、钾离子和铷离子中的一种或多种。B离子为铅离子和/或锡离子。X离子选自溴离子、碘离子、氯离子、硫氰酸根离子和氟硼酸离子中的一种或多种。
[0062]在其中一些示例中，所述钙钛矿层130的材料通式为Csx1FAx2MA1-x1-x2Pb(BryI1-y)3或CsPbI2Br;其中，0
[0063]更进一步地，所述钙钛矿层130的材料通式为Cs0.24MA0.02FA0.74Pb(I0.76Br0.24)3或Cs0.3FA0.6MA0.1Pb(Br0.9I0.1)3。
[0064]钙钛矿层130的厚度影响光吸收和载流子的扩散长度。在其中一个示例中，所述钙钛矿层130的厚度为300nm~1000nm。具体地，钙钛矿层130的厚度包括但不限于300 nm、400nm、500 nm、600 nm、700 nm、900 nm或1000nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0065]在其中一些示例中，钙钛矿层130的制备方法包括但不限于反溶剂法。
[0066]在其中一些示例中，所述栅线电极层150为金层、银层、铜层、铝层、钛层、镍层和钼层中的一种或多种叠层。
[0067]在其中一些示例中，所述栅线电极层150的厚度为100nm~20μm。
[0068]在其中一些示例中，参阅图1，所述太阳能电池为单结钙钛矿电池，所述电子传输层140和所述栅线电极层150之间还设置有空穴阻挡层160。
[0069]在该示例中，所述空穴阻挡层160为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层和4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层中的一种或多种叠层。
[0070]在该示例中，空穴阻挡层160的厚度为0.5nm~2nm。
[0071]进一步地，空穴阻挡层160的制备包括但不限于热蒸发法。
[0072]在该示例中，所述基底110为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
[0073]进一步地，所述基底110的厚度为20nm~100nm。
[0074]参阅图1，在其中一些示例中，所述电子传输层140和所述钙钛矿层130之间还设置有钝化层170。
[0075]其中，所述钝化层170为2-苯乙胺盐酸盐层、4-三氟甲基-苯胺盐酸盐层、2-噻吩乙胺盐酸盐层、乙胺盐酸盐层、正丁胺盐酸盐层、苯乙胺碘层、辛胺碘层、1,4-苯二胺氢碘酸盐层和1,3-丙二胺二氢碘酸盐层中的一种或多种叠层。
[0076]优选地，钝化层170为1,3-丙二胺二氢碘酸盐层。1,3-丙二胺二氢碘酸盐(PDAI2)作为钝化层170设于电子传输层140和钙钛矿层130之间，可通过双阳离子结构修复界面缺陷、增强界面粘附并抑制电荷复合，提升器件效率与稳定性。
[0077]进一步地，钝化层170的制备方法包括但不限于溶液法。
[0078]该示例中，参阅图1，所述太阳能电池为单结钙钛矿电池，单结钙钛矿电池由受光面至背光面包括依次层叠设置的栅线电极层150、空穴阻挡层160、电子传输层140、钝化层170、钙钛矿层130、空穴传输层120和基底110。
[0079]在另一些示例中，所述基底110为聚酰亚胺层、聚酯层、聚萘二甲酸乙二醇酯层或金属箔层。如此，能够制备得到柔性太阳能电池。
[0080]参阅图2和图3，在其中一些示例中，所述太阳能电池为叠层太阳能电池，所述基底110包括层叠设置的互联层111和底电池结构112;所述互联层111靠近所述空穴传输层120设置。
[0081]在其中一些示例中，所述互联层111为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
[0082]进一步示例地，互联层111的厚度为20~100nm。示例地，互联层111的厚度包括但不限于20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0083]在其中一些示例中，所述底电池结构112包括晶硅太阳能电池结构、CIGS薄膜太阳能电池结构、碲化镉薄膜太阳能电池结构、III-V薄膜太阳能电池或钙钛矿太阳能电池结构。
[0084]优选地，所述底电池结构112为晶硅太阳能电池结构。进一步地，晶硅太阳能电池结构包括沿背离互联层111方向依次层叠设置的N型硅1121、第一钝化层1122、硅基底1123、第二钝化层1124、P型硅1125和第二电极层1126。
[0085]可选地，第一钝化层1122和第二钝化层1124的材料为氧化硅。第一钝化层1122和第二钝化层1124的厚度为0.5nm~2nm。示例地，第一钝化层1122和第二钝化层1124的厚度包括但不限于0.5nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm或2nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0086]N型硅1121包括N型
多晶硅、N型微晶硅和N型纳米晶硅中的一种或多种。N型硅1121的厚度为30nm~200nm。示例地，N型硅1121的厚度包括但不限于30nm、50nm、70nm、80nm、100nm、120nm、150nm、170nm或200nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0087]P型硅1125包括P型多晶硅、P型微晶硅和P型纳米晶硅中的一种或多种。P型硅1125的厚度为30nm~200nm。示例地，P型硅1125的厚度包括但不限于30nm、50nm、70nm、80nm、100nm、120nm、150nm、170nm或200nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0088]在其中一些示例中，第二电极层1126为金层、银层、铜层、铝层、钛层、镍层和钼层中的一种或多种叠层。
[0089]在其中一些示例中，第二电极层1126的厚度为100nm~20μm。
[0090]参阅图3，在该示例中，所述电子传输层140背离所述钙钛矿层130的一侧表面还设置有氧化锡缓冲层180。
[0091]示例地，氧化锡缓冲层180的厚度为10nm~50nm。进一步示例地，氧化锡缓冲层180的厚度包括但不限于10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、40nm或50nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0092]参阅图3，在该示例中，所述栅线电极层150靠近所述电子传输层140的一侧表面还设置有透明电极层190。
[0093]进一步地，透明电极层190为ITO层、IZO层、IWO层、FTO层、ICO层和AZO层中的一种或多种叠层。
[0094]更进一步地，透明电极层190的厚度为20nm~100nm。示例地，透明电极层190的厚度包括但不限于20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或100nm，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0095]参阅图3，所述太阳能电池为叠层电池，由受光面至背光面，叠层电池包括依次层叠设置的栅线电极层150、透明电极层190、氧化锡缓冲层180、电子传输层140、钝化层170、钙钛矿层130、空穴传输层120、互联层111、N型硅1121、第一钝化层1122、硅基底1123、第二钝化层1124、P型硅1125和第二电极层1126。
[0096]本申请的第二方面，提供一种本申请第一方面所述的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0097]于所述基底110表面依次制备所述空穴传输层120、所述钙钛矿层130、所述电子传输层140和所述栅线电极层150;所述电子传输层140为所述非晶氧化铟镓锌层。
[0098]其中，所述非晶氧化铟镓锌层的制备方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶液法和原子层沉积法中的一种或多种。
[0099]在其中一些示例中，所述非晶氧化铟镓锌层的制备温度为15℃~170℃。
[0100]本申请中，制备非晶氧化铟镓锌层的温度低于钙钛矿层130的分解温度，所以其能在制备钙钛矿层130之后进行电子传输层140的制备，得到反式钙钛矿电池结构。示例地，非晶氧化铟镓锌层的制备温度包括但不限于15℃、30℃、40℃、60℃、80℃、100℃、110℃、120℃、150℃或170℃，或上述任意两个点值作为端点值构成的范围内。
[0101]在其中一些示例中，非晶氧化铟镓锌层的制备方法为磁控溅射法。
[0102]更进一步示例地，磁控溅射法制备非晶氧化铟镓锌层的步骤包括：选用In2O3-Ga2O3-ZnO陶瓷靶材，于氩气流量25sccm~35scmm、氧气流量为1sccm~5sccm的溅射气体下，采用80W~120W的射频功率，在0.3Pa~0.5Pa的溅射压力下，进行磁控溅射。进一步示例地，磁控溅射的时间为60s~200s。
[0103]示例地，氩气流量为25sccm、27sccm、28sccm、29sccm、30sccm、32sccm或35sccm。氩气流量为1sccm、2sccm、3sccm、4sccm或5sccm。射频功率为80W、90W、92W、95W、98W、100W、102W、105W、108W、115W或120W。溅射压力包括但不限于0.3Pa、0.4Pa或0.5Pa。溅射时间包括但不限于60s、70s、80s、90s、100s、150s或200s。
[0104]可以理解地，上述磁控溅射于室温下进行，其在进行磁控溅射后，无需额外的退火加热步骤。因此，其制备的非晶氧化铟镓锌层能避免退火对钙钛矿层造成的损伤。
[0105]在其中一些示例中，非晶氧化铟镓锌层的制备方法为脉冲激光沉积法。
[0106]在其中一些示例中，采用脉冲激光沉积法制备非晶氧化铟镓锌层的步骤包括：In2O3、Ga2O3、ZnO粉末按1：(1~2)：(1.5~2.5)的摩尔比混合，经固相反应法烧结得到的陶瓷靶材，沉积腔体环境设置为：本底真空度5×10-6Pa~7×10-6Pa、氧分压1Pa~2Pa、靶基距40mm~60mm、温度20℃~30℃。激光系统参数设置为：KrF准分子激光248 nm、能量密度1J/cm2~3J/cm2、重复频率10HZ。
[0107]示例地，In2O3、Ga2O3、ZnO粉末的摩尔比包括但不限于1：1.5：1.5、1：1.5：2、1：1.5：2.5。本底真空度包括但不限于5×10-6Pa、6×10-6Pa或7×10-6Pa。氧分压1Pa、1.5Pa或2Pa。靶基距包括但不限于40mm、50mm或60mm。温度包括但不限于20℃、25℃或30℃。激光能量密度包括但不限于1J/cm2、2J/cm2或3J/cm2。
[0108]在其中一些示例中，非晶氧化铟镓锌层的制备方法为溶液法。
[0109]采用溶液法制备非晶氧化铟镓锌层的步骤包括：将硝酸铟、硝酸镓和硝酸锌溶于乙二醇甲醚、乙醇的混合溶液中，制备前驱液;将前驱液涂覆于表面，于50℃~70℃下进行去溶剂处理中，制备非晶氧化铟镓锌层。其中，硝酸铟、硝酸镓和硝酸锌的摩尔比为1：(1.5~2.5)：(0.5~1.5)。示例地，硝酸铟、硝酸镓和硝酸锌的摩尔比包括但不限于1：1.5：1、1：2：1或1：2：1.5。乙二醇甲醚和乙醇的体积比为(3~5)：1。示例地，乙二醇甲醚和乙醇的体积比包括但不限于3：1、4：1或5：1。前驱液中，硝酸铟、硝酸镓和硝酸锌的总摩尔浓度为0.08mol/L~0.12mol/L。示例地，硝酸铟、硝酸镓和硝酸锌的总摩尔浓度包括但不限于0.08mol/L、0.1mol/L或0.12mol/L。
[0110]在其中一些示例中，非晶氧化铟镓锌层的制备方法为原子层沉积法。
[0111]采用原子层沉积法制备非晶氧化铟镓锌层的步骤包括：采用三甲基铟TMI、三甲基镓TMGa和二甲基锌DEZ为前驱体，以臭氧O3为氧化剂，于170℃下进行沉积处理。
[0112]在其中一些示例中，空穴传输层120的制备方法包括但不限于旋涂法。
[0113]更进一步地，空穴传输层120的制备方法为：将4-PADCB溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.5mg/mL~1mg/mL的溶液;采用旋涂法以2000rpm~4000rpm的转速涂覆于基底110表面后，于90℃~110℃下进行退火处理，制备空穴传输层120。
[0114]在其中一些示例中，在钙钛矿层130的制备步骤之后、电子传输层140的制备步骤之前，还包括：钝化层170的制备。
[0115]进一步地，钝化层170的制备步骤包括：将PDAI2溶于异丙醇中，制备浓度为0.2mg/mL~0.4mg/mL的钝化层170溶液，将钝化层170溶液涂覆在钙钛矿层130表面，于90℃~110℃下进行退火处理，制备钝化层170。
[0116]在其中一些示例中，钙钛矿层130的制备方法包括但不限于反溶剂法。
[0117]更进一步地，钙钛矿层130的制备方法包括：按照钙钛矿层130材料的化学计量比配制制备原料，将制备原料溶于体积比为3~5：1的DMF和DMSO溶剂中，制备摩尔浓度为1.5mol/L~2mol/L的钙钛矿前驱液;钙钛矿前驱液旋涂在空穴传输层120表面，滴加氯苯反溶剂诱导成核后，于90℃~110℃下进行退火处理，制备钙钛矿层130。
[0118]在其中一些示例中，在电子传输层140的制备步骤之后、栅线电极层150的制备步骤之前，还包括：空穴阻挡层160的制备。
[0119]进一步地，空穴阻挡层160的制备包括但不限于热蒸发法。
[0120]在其中一些示例中，栅线电极层150的制备方法包括但不限于蒸镀、丝网印刷、电镀、激光技术、PVD(Physical Vapor Deposition、物理气相沉积)或喷墨打印。
[0121]本申请的第三方面，提供一种光伏组件，包括本申请第一方面所述的太阳能电池。
[0122]下面进一步具体的实施例以详细说明本申请。同样应理解，以下实施例只用于对本申请进一步说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，本领域的技术人员根据本申请的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本申请的保护范围。下述实施例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并不一定要限定与下文实施例的具体数值。
[0123]实施例1
[0124]太阳能电池为单结钙钛矿电池。
[0125]单结钙钛矿电池结构：参阅图1，由受光面至背光面包括依次层叠设置的栅线电极层150、空穴阻挡层160、电子传输层140、钝化层170、钙钛矿层130、空穴传输层120和基底110。
[0126]单结钙钛矿电池的制备方法：
[0127](1)基底110的清洗：将ITO导电玻璃切割后，依次在去离子水、丙酮和异丙醇中超声清洗各10分钟，以去除表面吸附杂质和有机污染物。随后采用氮气吹干，并置于紫外臭氧处理仪中照射20分钟，进一步提高基底110表面能并增强后续薄膜的附着力。
[0128](2)空穴传输层120的制备：将4-PADCB溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.75mg/m的溶液;采用旋涂法以3000rpm的转速涂覆于清洁后的TCO基底110表面后，于100℃下进行10min的退火处理，制备30nm的空穴传输层120。
[0129](3)钙钛矿层130的制备：按照Cs0.24FA0.74MA0.02Pb(Br0.24I0.76)3的化学计量比配制制备原料FAI、MAI、MABr、PbI2、PbBr2和CsI，将制备原料溶于体积比为4：1的DMF和DMSO溶剂中，制备Cs0.24FA0.74MA0.02Pb(Br0.24I0.76)3摩尔浓度为1.7mol/L的钙钛矿前驱液;在空穴传输层120上旋涂钙钛矿前驱液，在旋涂后期滴加氯苯反溶剂，诱导晶体快速成核与生长。旋涂结束后，将所得湿膜立即置于100℃热台上退火20分钟，制备300nm的钙钛矿层130。
[0130](4)钝化层170的制备：将PDAI2溶于异丙醇中，制备浓度为0.3mg/mL的钝化层170溶液，采用旋涂法将钝化层170溶液涂覆在钙钛矿层130表面，于100℃下进行5min的退火处理，制备钝化层170。
[0131](5)电子传输层140的制备：采用磁控溅射工艺，以In2O3-Ga2O3-ZnO陶瓷靶材，溅射气体采用氩气(Ar)与氧气(O2)的混合气体，氩气流量28 sccm，氧气流量2 sccm，采用100 W的射频(RF)功率，在0.4 Pa的溅射压力下，溅射70s，以在钝化层170表面形成20nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟、镓的原子数量之比为1：1，铟和锌的原子数量之比为1：1。
[0132](6)空穴阻挡层160的制备：采用热蒸发法于电子传输层140表面沉积一层1nm的BCP，作为空穴阻挡层160。
[0133](7)栅线电极层150的制备：采用热蒸发法于空穴阻挡层160表面沉积一层120nm的Ag，作为栅线电极层150。
[0134]实施例2
[0135]太阳能电池为单结钙钛矿电池。
[0136]单结钙钛矿电池结构：同实施例1。
[0137]单结钙钛矿电池的制备方法：与实施例1基本相同，主要区别在于，实施例2中步骤(5)与实施例1不同。实施例2的步骤(5)为：
[0138]电子传输层140的制备：以脉冲激光沉积工艺制备30nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，靶材是以高纯In2O3、Ga2O3、ZnO粉末按1：1.5：2的摩尔比混合，经固相反应法烧结得到的陶瓷靶材，沉积腔体环境设置为：本底真空度6×10-6 Pa、氧分压1.5 Pa、靶基距50mm、温度25℃。激光系统参数设置为：KrF准分子激光(248 nm)、能量密度2J/cm2、重复频率10HZ。工艺时间约45分钟，即可得到60nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为1：1.5，铟和锌的原子数量之比为1：1。
[0139]实施例3
[0140]太阳能电池为单结钙钛矿电池。
[0141]单结钙钛矿电池结构：同实施例1。
[0142]单结钙钛矿电池的制备方法：与实施例1基本相同，主要区别在于，实施例3中步骤(5)与实施例1不同。实施例3的步骤(5)为：
[0143]电子传输层140的制备：按原子比In：Ga：Zn=1:2:1称量硝酸铟、硝酸镓以及硝酸锌，然后与溶剂乙二醇甲醚和乙醇混合得到前驱液，乙二醇甲醚和乙醇混的体积比为4:1，硝酸铟、硝酸镓以及硝酸锌的总浓度为0.1mol/L;在钝化层170表面，将前驱液先以500rpm的速度旋涂10秒，然后以4000rpm速率旋涂50秒，于60℃温度下进行去溶剂处理10分钟后，得到50nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为1：2，铟和锌的原子数量之比为1：1。
[0144]实施例4
[0145]太阳能电池为单结钙钛矿电池。
[0146]单结钙钛矿电池结构：同实施例1。
[0147]单结钙钛矿电池的制备方法：与实施例1基本相同，主要区别在于，实施例4中步骤(5)与实施例1不同。实施例4的步骤(5)为：
[0148]电子传输层140的制备：采用原子层沉积工艺在钝化层170表面沉积制备80nm的非晶氧化铟镓锌层，前驱体包括TMI(60℃)、TMGa(室温)、DEZ(室温)，氧化剂采用O3，沉积温度170℃。制备的非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为1：2，铟和锌的原子数量之比为1：2。
[0149]对比例1
[0150]太阳能电池为单结钙钛矿电池。
[0151]单结钙钛矿电池结构：同实施例1。
[0152]单结钙钛矿电池的制备方法：与实施例1基本相同，主要区别在于，对比例1中步骤(5)与实施例1不同。对比例1的步骤(5)为：
[0153]电子传输层140的制备：采用真空蒸镀设备在钝化层170表面沉积20nm的C60层。其中，沉积速率为1Å/s。
[0154]实施例5
[0155]太阳能电池为叠层电池。
[0156]叠层电池结构：由受光面至背光面，叠层电池包括依次层叠设置的栅线电极层150、透明电极层190、氧化锡缓冲层180、电子传输层140、钝化层170、钙钛矿层130、空穴传输层120、互联层111、N型硅1121、第一钝化层1122、硅基底1123、第二钝化层1124、P型硅1125和第二电极层1126。
[0157]叠层电池的制备方法：
[0158](1)选取基底110：基底110包括互联层111(ITO，厚度20nm)和晶硅太阳能电池结构。晶硅太阳能电池结构包括沿背离互联层111方向依次层叠设置的N型多晶硅(厚度50nm)、第一钝化层1122(氧化硅，厚度1nm)、硅基底1123、第二钝化层1124(氧化硅，厚度1nm)、P型多晶硅(厚度50nm)和第二电极层1126(Ag，厚度10nm)。
[0159](2)空穴传输层120的制备：将4-PADCB溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.75mg/m的溶液;采用旋涂法以3000rpm的转速涂覆于清洁后的基底110的互联层111表面后，于100℃下进行10min的退火处理，制备20nm的空穴传输层120。
[0160](3)钙钛矿层130的制备：按照Cs0.3FA0.6MA0.1Pb(Br0.9I0.1)3的化学计量比配制制备原料FAI、MAI、MABr、PbI2、PbBr2和CsI，将制备原料溶于体积比为4：1的DMF和DMSO溶剂中，制备Cs0.3FA0.6MA0.1Pb(Br0.9I0.1)3摩尔浓度为1.7mol/L的钙钛矿前驱液;在空穴传输层120上旋涂钙钛矿前驱液，在旋涂后期滴加氯苯反溶剂，诱导晶体快速成核与生长。旋涂结束后，将所得湿膜立即置于100℃热台上退火20分钟，制备300nm的钙钛矿层130。
[0161](4)钝化层170的制备：将PDAI2溶于异丙醇中，制备浓度为0.3mg/mL的钝化层170溶液，采用旋涂法将钝化层170溶液涂覆在钙钛矿层130表面，于100℃下进行5min的退火处理，制备钝化层170。
[0162](5)电子传输层140的制备：采用磁控溅射工艺，以In2O3-Ga2O3-ZnO陶瓷靶材，溅射气体采用氩气(Ar)与氧气(O2)的混合气体，氩气流量28 sccm，氧气流量2 sccm，采用100 W的射频(RF)功率，在0.4 Pa的溅射压力下，溅射35s，以在钝化层170表面，制备10nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为1：2，铟和锌的原子数量之比为2：1。
[0163](6)氧化锡缓冲层180的制备：采用原子层沉积法于电子传输层140表面沉积一层20nm的SnO2薄膜，作为氧化锡缓冲层180。
[0164](7)透明电极层190的制备：利用磁控溅射技术沉积一层40 nm厚的IZO薄膜，作为透明电极层190。
[0165](8)栅线电极层150的制备：采用热蒸发法于透明电极层190表面沉积一层120nm的Ag，作为栅线电极层150。
[0166]实施例6
[0167]太阳能电池为叠层电池。
[0168]叠层电池结构：同实施例5。
[0169]叠层电池的制备方法：与实施例5基本相同，主要区别在于，实施例6中步骤(5)与实施例5不同。实施例6的步骤(5)为：
[0170]电子传输层140的制备：按原子比In：Ga：Zn=2：2：1称量硝酸铟、硝酸镓以及硝酸锌，然后与 溶剂乙二醇甲醚和乙醇混合得到前驱液，乙二醇甲醚和乙醇混的体积比为3:1，硝酸铟、硝酸镓以及硝酸锌的总浓度为0.1mol/L;在钝化层170表面，将前驱液先以500rpm的速度旋涂10秒，然后以4000rpm速率旋涂40秒，于60℃温度下进行去溶剂处理8分钟后，得到40nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为2：1，铟和锌的原子数量之比为2：1。
[0171]实施例7
[0172]太阳能电池为叠层电池。
[0173]叠层电池结构：同实施例5。
[0174]叠层电池的制备方法：与实施例5基本相同，主要区别在于，实施例7中步骤(5)与实施例5不同。实施例7的步骤(5)为：
[0175]电子传输层140的制备：以脉冲激光沉积工艺制备60nm的非晶氧化铟镓锌层, 靶材是以高纯In2O3、Ga2O3、ZnO粉末按1：1：2的摩尔比混合，经固相反应法烧结得到的陶瓷靶材，沉积腔体环境设置为：本底真空度6×10-6Pa、氧分压1.5 Pa、靶基距50mm、温度25℃。激光系统参数设置为：KrF准分子激光(248 nm)、能量密度2J/cm2、重复频率10HZ。工艺时间约90分钟，即可得到60nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为1：1，铟和锌的原子数量之比为1：1。
[0176]实施例8
[0177]太阳能电池为叠层电池。
[0178]叠层电池结构：同实施例5。
[0179]叠层电池的制备方法：与实施例5基本相同，主要区别在于，实施例8中步骤(5)与实施例5不同。实施例8的步骤(5)为：
[0180]电子传输层140的制备：采用原子层沉积工艺技术于钝化层170表面沉积制备90nm的非晶氧化铟镓锌层。其中，前驱体包括TMI(60℃)、TMGa(室温)、DEZ(室温)，氧化剂采用O3，沉积温度170℃。非晶氧化铟镓锌层中，铟和镓的原子数量之比为2：2，铟和锌的原子数量之比为1：1。
[0181]对比例2
[0182]太阳能电池为叠层电池。
[0183]叠层电池结构：同实施例5。
[0184]叠层电池的制备方法：与实施例5基本相同，主要区别在于，对比例2中步骤(5)与实施例5不同。对比例2的步骤(5)为：
[0185]电子传输层140的制备：采用真空蒸镀设备于钝化层170表面沉积10nm的C60层。其中，沉积速率为1Å/s。
[0186]将上述太阳能电池进行性能测试，测试方法包括：
[0187]在光照强度为100 mW cm-2的模拟太阳光AM1.5G照射条件下，测试上述实施例1和对比例1的太阳能电池的J-V曲线(其中，C60表示对比例1，a-InGaZnO表示实施例1);相应的测试结果如图4所示。同时，在该条件下测得钙钛矿太阳能电池的开路电压(VOC)，短路电流(JSC)，填充因子(FF)，光电转换效率(PCE)，相应的测试结果如表1所示。另外，经检测，上述实施例的非晶氧化铟镓锌层的电子迁移率为10cm2/(V·s)~50cm2/(V·s)。
[0188]表1
[0189]
[0190]由图4和表1可见，本申请实施例通过选用非晶氧化铟镓锌层作为电子传输层140可以有效提高太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率。由实施例1~实施例4、对比例1可见，其能有效提升单结钙钛矿太阳能电池的光电性能。
[0191]进一步地，相较于对比例2，实施例5~实施例8的光电转换效率也有效提升，其能有效提升叠层电池的光电性能。
[0192]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0193]以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
说明书附图(4)
声明：
“太阳能电池及其制备方法、光伏组件” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：成都晶信明能光伏科技有限公司
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