31.32%PCE!创纪录的大面积高效稳定的钙钛矿/TOPCon硅叠层太阳能电池是怎么做出来的?

文摘   2025-01-08 23:09   浙江  
「点击蓝字,关注我们 」

TOPCoN叠层的研发已经成为热点,近日港城大朱宗龙联合深圳技术大学徐芳、北京理工大学白杨、晶科能源徐孟雷、张昕宇等通过“卤化物锁定”策略,引入多功能铵盐硫代乙酰乙酰胺盐酸盐(TAACl)的策略。制备宽带隙钙钛矿太阳能电池在小面积(0.0414 cm2)和大面积(1.0208 cm2)器件中分别产生了1.074和1.040的优异开路电压填充因子乘积(VOC×FF)。TOPCon硅子电池的相应大面积串联太阳能电池实现了创纪录的31.32%的PCE,显著的VOC为1.931V,FF为81.54%。

我们来看看这个制作过程,包括TOPCon 硅太阳能电池的制备及整个叠层电池体系的制备


前驱体溶液制备

过将 18.2mg 的碘化铯(CsI)、23.6mg 的甲基溴化铵(MABr)、192.6mg 的甲脒碘化铵(FAI)、536mg 过量 10% 的碘化铅()、131mg 的溴化铅()溶解在 1mL 二甲基甲酰胺(DMF)与二甲基亚砜(DMSO)体积比为 4:1 的混合溶剂中,制备 1.4M 的钙钛矿前驱体溶液,以形成 1.68eV 的钙钛矿。


钙钛矿薄膜制备

将 60μL 钙钛矿溶液以 1000rpm 的转速旋涂在玻璃 / ITO / 空穴传输层(HTL)上 10 秒,随后以 4000rpm 的转速旋涂 30 秒。对于对照薄膜,在旋涂结束前 15 秒将 150μL 氯苯(CB)缓慢滴在薄膜中心;对于目标薄膜,在前驱体中加入 5% 的硫代乙酰乙酰胺盐酸盐(TAACl)并进行相同处理。制备好的钙钛矿薄膜随后在 100°C 的热板上退火 15 分钟。整个薄膜制备过程在手套箱中进行


单结钙钛矿太阳能电池的制备

将玻璃 / ITO 基板()依次分别用 60 洗涤剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗 20 分钟。然后,将玻璃 / ITO 基板在 60°C 的烘箱中干燥,接着用氧等离子体处理 10 分钟,最后在使用前转移到充氮手套箱中。

其次,将以 4000rpm 的转速旋涂在经 UV / 臭氧处理的玻璃 / ITO 基板上 30 秒,然后在 130°C 下退火 10 分钟。接着,将 MeO - 2PACz()以 4000rpm 的转速旋涂 30 秒,再在 100°C 下退火 10 分钟。(将-PEAI()溶解在 IPA 中)钝化层以 4000rpm 的转速旋涂 30 秒,然后在 100°C 下退火 10 分钟。通过依次在堆叠层上热蒸发(25nm)、BCP(6nm)和银(100nm)完成表面处理的器件制备。最后,在 ITO 基板背面沉积 120nm 厚的氟化镁层以提高透光率。


TOPCon 硅太阳能电池的制备

1、使用工业可行的低成本电池制造工艺

本研究采用工业可行的低成本电池制造工艺。硅片为直拉法磷掺杂的 n 型单晶硅,电阻率在范围内,面积约为,直径为,厚度约为
2、硅片表面织构化

首先使用传统工业碱性织构工艺,利用氢氧化钾(KOH)和有机添加剂溶液对硅片表面进行织构处理。

3、形成硼发射极

在硼扩散炉中使用源形成硼发射极。
4、去除后扩散层

接着进行工业 HF/HNO₃蚀刻工艺,以去除硅片背面的扩散层。

5、定义台面区域

使用皮秒紫外激光定义台面区域,该区域即为叠层电池的有源区,然后在的 KOH 中去除激光造成的损伤。

6、背面热氧化层生长与多晶硅沉积

随后在硅片背面生长一层薄的热氧化层,并在通过低压化学气相沉积(LPCVD)沉积本征多晶硅。

多晶硅掺杂与前端处理

将本征多晶硅扩散炉中掺杂形成多晶硅,然后进行单面 KOH 蚀刻工艺,去除硅片正面的环绕多晶硅。

表面清洗与钝化

用氢氟酸(HF)去除硅片正面的硼硅玻璃(BSG)和背面的磷硅玻璃(PSG)层,并在 RCA 清洗液和去离子水中清洗。最后用原子层沉积(ALD)对织构表面进行钝化,并覆盖 PECVD SiNₓ。

电极制备

在硅片织构表面丝网印刷 Ag/Al 浆料,并在带式炉中烧结形成欧姆接触,接触指间距为

单片钙钛矿 / TOPCon 硅叠层太阳能电池的制备

在 TOPCon 硅底电池顶部沉积 20 纳米的 ITO 作为复合层。、MeO - 2PACz、钙钛矿薄膜(使用不同浓度的前驱体)按照制备单结钙钛矿太阳能电池的相同步骤制备。接着,在堆叠层上热蒸发 15 纳米 - 。使用四(二甲基氨基)锡(IV)(TDMASn)和水作为前驱体,通过热原子层沉积(ALD,使用 Arradiance GEMStar 设备)在 80°C 下沉积。ITO 从 2 英寸陶瓷 ITO 靶材沉积。在 60W 射频功率下,电池在靶材下振荡以实现均匀沉积。最后,使用热蒸发器在 ITO 透明电极顶部沉积 500 纳米厚的 Ag 金属网格。最终,在 ITO 电极顶部沉积 120 纳米厚的氟化镁层以提高透光率。2 英寸陶瓷靶材由 90% 重量比的和 10% 重量比的 ZnO 组成。



钙钛矿学习与交流
追踪钙钛矿研发情况,钙钛矿产业化进程;分析行业发展及趋势;赋能上下游企业供需对接、人才招聘、解决方案
 最新文章