本發(fā)明涉及太陽能電池，特別是一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、太陽能電池可以將光能直接轉(zhuǎn)化為電能，減緩對有限化石燃料的依賴，為能源多元化戰(zhàn)略的實(shí)施提供了強(qiáng)有力的支持。鈣鈦礦材料相較硅而言具有帶隙連續(xù)可調(diào)、可通過溶液加工或印刷方法等低成本制造技術(shù)生產(chǎn)、可制備柔性器件等優(yōu)勢。疊層技術(shù)通過將具有不同帶隙的太陽能電池材料垂直堆疊起來，以更有效地捕獲和轉(zhuǎn)換太陽光譜中的不同部分。這種設(shè)計(jì)允許疊層電池吸收更寬波段的太陽光，并有效降低高能光子的熱化損失，從而提供比傳統(tǒng)單結(jié)太陽能電池更高的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，全鈣鈦礦疊層太陽能電池在未來的光伏領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力和市場競爭力，有望在成本和效率上實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)硅基太陽能電池的超越。

2、傳統(tǒng)的太陽能電池往往采用多層平面薄膜堆疊的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致光在電池內(nèi)部產(chǎn)生干涉效應(yīng)，造成較大的光反射能量損失，嚴(yán)重限制了轉(zhuǎn)化效率。硅太陽能電池由于其材料特性，可以通過化學(xué)刻蝕等手段在電池內(nèi)部制備金字塔形的微納結(jié)構(gòu)。該微納結(jié)構(gòu)可有效減少光反射損失，極大提升了光電流，從而使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率獲得躍升。然而，由于鈣鈦礦太陽能電池所使用的材料以及生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)硅太陽能電池存在顯著差異，傳統(tǒng)硅太陽能電池中使用的金字塔形微納結(jié)構(gòu)無法在全鈣鈦礦疊層電池中實(shí)現(xiàn)。因此，找到適用于全鈣鈦礦疊層太陽能電池的減少反射光損失的方法已成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

3、當(dāng)前全鈣鈦礦疊層太陽能電池效率的最高記錄為29.1%。但是，這與理論極限仍然有非常大的差距，而其中影響疊層器件效率的主要因素是疊層電池的內(nèi)部的光反射損失較大，嚴(yán)重限制了光電流的提升。因此，亟需尋找一種降低疊層電池光損失的方案，提升其光電流大小以進(jìn)一步推進(jìn)全鈣鈦礦疊層電池的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于傳統(tǒng)疊層電池的內(nèi)部的光反射損失較大，嚴(yán)重限制了光電流的提升。

3、為解決上述技術(shù)問題，第一方面，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其包括沿入射光方向依次堆疊的透明基底層、第一電極層以及第一寬帶隙子電池功能層；所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光的一側(cè)為絨面；所述第一電極層厚度均勻地覆蓋在所述透明基底層上；所述第一寬帶隙子電池功能層厚度均勻地覆蓋在所述第一電極層上；所述第一電極層為透明電極。

4、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀呈周期性變化。

5、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為鋸齒狀。

6、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀呈正弦變化。

7、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：還包括依次堆疊于所述第一寬帶隙子電池功能層上的寬帶隙鈣鈦礦層、第二寬帶隙子電池功能層、載流子復(fù)合層、第一窄帶隙子電池功能層、窄帶隙鈣鈦礦層、第二窄帶隙子電池功能層以及第二電極層。

8、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為周期200nm，峰谷落差150nm的周期性鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

9、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的一種優(yōu)選方案，其中：所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為周期200nm，峰谷落差150nm的周期性正弦狀結(jié)構(gòu)。

10、另一方面，本發(fā)明還提供一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法，用于制備上述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，制備方法包括于透明基底層遠(yuǎn)離入射光的一側(cè)形成絨面微納結(jié)構(gòu)；于所述透明基底層上共形生長出第一電極層；于所述第一電極層上共形生長出第一寬帶隙子電池功能層。

11、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述絨面微納結(jié)構(gòu)為周期性的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

12、作為本發(fā)明所述全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述絨面微納結(jié)構(gòu)為周期性的正弦狀結(jié)構(gòu)。

13、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)減反射效果穩(wěn)定，適用于各種不同材料與構(gòu)型的全鈣鈦礦疊層太陽電池；能夠顯著提高太陽能電池的工作光譜波段的光吸收能力，極大提升光電流而且器件結(jié)構(gòu)簡單，易于制備，可重復(fù)性高，無需引入額外工藝流程使鈣鈦礦與微納結(jié)構(gòu)共形生長，顯著降低生產(chǎn)過程的技術(shù)要求和生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：包括沿入射光方向依次堆疊的透明基底層（100）、第一電極層（200）以及第一寬帶隙子電池功能層（300）；

2.如權(quán)利要求1所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：所述透明基底層（100）遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀呈周期性變化。

3.如權(quán)利要求1或2所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：所述透明基底層（100）遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為鋸齒狀。

4.如權(quán)利要求3所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：所述透明基底層（100）遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀呈正弦變化。

5.如權(quán)利要求1所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：還包括依次堆疊于所述第一寬帶隙子電池功能層（300）上的寬帶隙鈣鈦礦層（400）、第二寬帶隙子電池功能層（500）、載流子復(fù)合層（600）、第一窄帶隙子電池功能層（700）、窄帶隙鈣鈦礦層（800）、第二窄帶隙子電池功能層（900）以及第二電極層（1000）。

6.如權(quán)利要求3所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：所述透明基底層（100）遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為周期200nm，峰谷落差150nm的周期性鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

7.如權(quán)利要求4所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，其特征在于：所述透明基底層（100）遠(yuǎn)離入射光一側(cè)的截面形狀為周期200nm，峰谷落差150nm的周期性正弦狀結(jié)構(gòu)。

8.一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于：包括，

9.如權(quán)利要求8所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于：所述絨面微納結(jié)構(gòu)為周期性的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

10.如權(quán)利要求9所述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于：所述絨面微納結(jié)構(gòu)為周期性的正弦狀結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法，涉及太陽能電池領(lǐng)域，全鈣鈦礦疊層太陽能電池包括沿入射光方向依次堆疊的透明基底層、第一電極層以及第一寬帶隙子電池功能層；所述透明基底層遠(yuǎn)離入射光的一側(cè)為絨面；所述第一電極層厚度均勻地覆蓋在所述透明基底層上；所述第一寬帶隙子電池功能層厚度均勻地覆蓋在所述第一電極層上；所述第一電極層為透明電極。本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)減反射效果穩(wěn)定，適用于各種不同材料與構(gòu)型的全鈣鈦礦疊層太陽電池；能夠顯著提高太陽能電池的工作光譜波段的光吸收能力，極大提升光電流而且器件易于制備，無需引入額外工藝流程使鈣鈦礦與微納結(jié)構(gòu)共形生長，顯著降低生產(chǎn)過程的技術(shù)要求和生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：杭天奕,曹國洋,陳承昊,王昊煒,楊陣海,王長擂,李孝峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9