一种边缘钝化的晶硅电池与钙钛矿晶硅叠层电池及制备的制作方法

本发明属于太阳能电池，涉及一种边缘钝化的晶硅电池，尤其涉及一种边缘钝化的晶硅电池与钙钛矿晶硅叠层电池及制备。

背景技术：

1、钙钛矿晶硅叠层太阳能电池近年来展现出巨大的潜力，通过宽带隙钙钛矿和窄带隙晶硅两种吸光材料可以提高对太阳光谱的利用率，其理论效率超过45%，目前实验室已经实现33.9%，远高过晶硅电池。但是在叠层电池中，需要将产线生产的硅片尺寸的晶硅电池切割成小电池来匹配钙钛矿的工艺。由于切割后电池边缘会产生新的悬挂键，会导致较大的边缘复合的问题，从而对底电池乃至整个叠层电池的发电性能产生不利影响。因此，对电池边缘进行有效的钝化处理是提高底电池以及叠层电池性能的关键步骤。

2、目前常用的边缘钝化方法是，通过在电池的断面边缘镀上一层氧化铝薄膜，沉积方式以原子层沉积（ald）的方式，并随后进行电注入退火处理，可以在一定程度上降低载流子复合速率，从而改善电池的性能。另一种电池边缘钝化的方法是，通过涂布浆料和紫外光照射浆料的方式沉积一层氧化硅钝化膜，通过使用光催化氧化技术，实现仅对晶体硅太阳能电池边缘区域的局部氧化。

3、cn104538464a公开了一种硅异质结太阳能电池及其制作方法，硅异质结太阳能电池包括：晶硅衬底、依次设置在晶硅衬底上表面的第一非晶硅钝化层、第一透明电极和第一栅线电极，依次设置在晶硅衬底下表面的第二非晶硅钝化层、第二透明电极和第二金属电极，还包括边缘钝化层，边缘钝化层至少覆盖晶硅衬底、第一非晶硅钝化层和第二非晶硅钝化层的同一个侧面；边缘钝化层的设置能够增加硅异质结太阳能电池侧面的钝化效果，提高硅异质结太阳能电池的开路电压和填充因子，提高硅异质结太阳能电池的转换效率，同时能够对第一透明电极和第二透明电极起到绝缘的作用，因此能够很好的杜绝硅异质结太阳能电池侧面漏电的发生，提高硅异质结太阳能电池的性能。

4、cn111509091a公开了一种电池边缘钝化方法，采用涂布方式将浆料印刷至所述晶体硅电池中需要钝化的边缘，并采用紫外光照射于所述边，以在光照催化氧化条件下，在所述边上形成一层氧化硅钝化膜；所述浆料含有过氧化氢和sio2粉末；所述晶体硅电池上所有需要钝化的边上均形成氧化硅钝化膜后，对完成光照催化氧化的晶体硅电池进行退火处理。

5、cn115148858a公开了一种硅太阳能电池的钝化方法。所述硅太阳能电池的钝化方法包括：提供硅太阳能电池切片，所述硅太阳能电池切片具有切割面，所述切割面具有表层和亚表层，所述切割面的亚表层位于所述切割面的表层内部；采用钝化溶液中对所述切割面进行钝化处理；进行所述钝化处理之后，对所述切割面进行光注入处理，所述光注入处理适于在所述切割面的表层和亚表层形成极性固定电荷，提高所述切割面的表层和亚表层的电势。

6、现有技术中公开的边缘钝化的晶硅电池都有一定的缺陷，存在着钝化层对晶硅电池的切割端面的钝化效果较差，晶硅电池的切割边缘仍旧存在悬挂键导致的非辐射复合严重，从而导致晶硅电池光电转化效率较低的问题。因此，开发设计一种新型的边缘钝化的晶硅电池与钙钛矿晶硅叠层电池及制备至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种边缘钝化的晶硅电池与钙钛矿晶硅叠层电池及制备，本发明提供的晶硅电池为切割后电池，且切割端面上覆盖有gese2钝化层，光生载流子会被限制在晶硅电池内部，防止了光生载流子在切割端面处发生的非辐射复合，减少了晶硅电池边缘的电荷积累，从而降低了晶硅电池的表面复合速率，因此提高了晶硅电池的光电转换效率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种边缘钝化的晶硅电池，所述晶硅电池为切割后电池，所述切割后电池的切割端面上覆盖有gese2钝化层。

4、本发明提供的晶硅电池为切割后电池，且切割端面上覆盖有gese2钝化层，光生载流子会被限制在晶硅电池内部，防止了光生载流子在切割端面处发生的非辐射复合，减少了晶硅电池边缘的电荷积累，从而降低了晶硅电池的表面复合速率，因此提高了晶硅电池的光电转换效率。

5、优选地，所述gese2钝化层的厚度为1~40nm，例如可以是1nm、3nm、5nm、7nm、10nm、20nm、30nm或40nm但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10~20nm。

6、本发明提供的gese2钝化层中gese2材料的带隙为2.7ev，当gese2钝化层的厚度低于10nm时，由于量子限域效应，其带隙还会有所展宽；例如，当gese2为单分子层时（约1.09nm），其带隙展宽至2.98ev，晶硅电池吸光层的带隙为1.10~1.12ev。因此在切割后电池的切割端面上覆盖有gese2钝化层后，光生载流子会被限制在晶硅材料内，防止在切割端面发生非辐射复合。

7、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述晶硅电池的制备方法，所述制备方法包括：

8、在切割后电池的切割端面上沉积gese2层后，再同步进行光钝化和热处理，得到切割端面上覆盖有gese2钝化层的晶硅电池。

9、本发明提供的晶硅电池的制备方法实现了在切割后电池的切割端面上gese2钝化层的沉积，从而得到了提升了晶硅电池的光电转换效率。

10、优选地，所述切割后电池由n型太阳能电池或p型电池太阳能电池切割后得到；

11、所述n型太阳能电池或p型电池太阳能电池分别独立地为硅片尺寸的太阳能电池。

12、本发明提供的切割后电池例如可以是将182mm×182mm的晶硅电池通过激光切割形成的25mm×25mm的小电池，小电池的四条边均为激光切割后产生；也可以是将210mm×210mm的晶硅电池通过激光切割形成的50mm×50mm的小电池，小电池的四条边均为激光切割后产生；但并不仅限于所列举的小电池，现有技术中的晶硅电池切割后得到的小电池均可适用。

13、优选地，所述切割的方法包括激光切割。

14、本发明中所述n型太阳能电池包括但不限于topcon电池，现有技术中的切割后可得到切割后电池的n型太阳能电池均可适用。

15、优选地，所述沉积前将至少两片切割后电池进行层叠设置，并使切割后电池的切割端面位于同一个垂直侧面上，得到层叠电池，再对所得层叠结构的顶面进行遮挡，得到遮挡后层叠电池；

16、或，

17、所述沉积前对单个切割后电池的顶面进行遮挡，得到遮挡后单电池。

18、优选地，所述层叠电池中层叠设置的切割后电池的数量为2~400片，例如可以是2片、4片、8片、12片、20片、40片、60片、80片、100片、150片、200片、250片、300片、350片或400片，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

19、优选地，所述遮挡包括在遮挡后层叠电池或遮挡后单电池的顶面上覆盖玻璃，且所述玻璃的底面能完全覆盖所述遮挡后层叠电池或遮挡后单电池的整个顶面。

20、优选地，所述沉积的方法包括化学气相沉积，所述化学气相沉积采用的前驱体包括se粉与gese粉；

21、所述化学气相沉积包括：

22、将se粉、gese粉与遮挡后层叠电池或遮挡后单电池置于烧结容器内，在含有还原性气体的保护性气氛中进行烧结后冷却，得到沉积有gese2层的层叠电池。

23、优选地，所述化学气相沉积包括：

24、（1）将se粉、gese粉与至少一组的遮挡后层叠电池或遮挡后单电池沿一个方向依次排列于烧结容器中，向所述烧结容器内通入保护性气体，所述保护性气体的流向为自se粉到层叠结构的方向；

25、（2）对所述烧结容器内gese粉与遮挡后层叠电池或遮挡后单电池所在的第一区域进行第一升温，再对所述第一区域进行第一保温的同时对se粉所在的第二区域进行第二升温，再在停止通入保护性气体的同时通入还原性气体与保护性气体的混合气体，并对所述第一区域与第二区域进行第二保温，冷却后得到切割端面上沉积有gese2层的遮挡后层叠电池或遮挡后单电池。

26、优选地，所述烧结容器包括石英管，所述se粉与gese粉均放置于磁舟内，放置有所述gese粉的磁舟位于所述石英管的中部，放置有所述se粉的磁舟位于所述石英管内靠近气体通入口的位置，所述层叠结构放置于所述石英管内靠近气体出口的位置。

27、优选地，通入所述保护性气体之前还包括：对所述烧结容器内进行抽真空。

28、优选地，通入所述保护性气体至大气压后，再持续通入40~80min的保护性气体，例如可以是40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min或80min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

29、优选地，所述第一升温的加热速度为40~60℃/min，终点温度为600~800℃。

30、本发明中所述第一升温的加热速度为40~60℃/min，例如可以是40℃/min、42℃/min、44℃/min、46℃/min、48℃/min、50℃/min、52℃/min、54℃/min、56℃/min、58℃/min或60℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、本发明中所述第一升温的终点温度为600~800℃，例如可以是600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃或800℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、优选地，所述第一保温的温度为第一升温的终点温度，时间为第二升温的时间。

33、优选地，所述第二升温的加热速度为300~360℃/min，终点温度为300~420℃。

34、本发明中所述第二升温的加热速度为300~360℃/min，例如可以是300℃/min、310℃/min、320℃/min、330℃/min、340℃/min、350℃/min或360℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

35、优选地，所述第二保温中第一区域的温度为第一升温的终点温度，第二区域的温度为第二升温的终点温度。

36、优选地，所述混合气体中还原性气体的体积浓度为5~10%，例如可以是5%、6%、7%、8%、9%或10%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

37、优选地，所述还原性气体包括氢气。

38、优选地，所述第二保温的时间为1~20min，例如可以是1min、3min、5min、7min、9min、10min、12min、14min、16min、18min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、优选地，所述冷却包括自然冷却至室温。

40、优选地，所述光钝化包括采用光强度为20~100个光强度的太阳光对沉积的gese2层进行照射；

41、所述热处理的温度为200~500℃；

42、同步进行的所述光钝化与热处理的时间为80~160s。

43、本发明中所述光钝化包括采用光强度为20~100个光强度的太阳光对沉积的gese2层进行照射，例如可以是20个光强度、30个光强度、40个光强度、50个光强度、60个光强度、70个光强度、80个光强度、90个光强度或100个光强度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

44、本发明中所述热处理的温度为200~500℃，例如可以是200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

45、本发明中同步进行的所述光钝化与热处理的时间为80~160s，例如可以是80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s或160s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

46、作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括：

47、（ⅰ）将2~400片切割后电池进行层叠设置，并使切割后电池的切割端面位于同一个垂直侧面上，得到层叠电池，再对所得层叠结构的顶面进行遮挡，得到遮挡后层叠电池；

48、或，

49、所述沉积前对单个切割后电池的顶面进行遮挡，得到遮挡后单电池；

50、（ⅱ）将se粉、gese粉与至少一组的步骤（ⅰ）所得遮挡后层叠电池或遮挡后单电池沿一个方向依次排列于烧结容器中，向所述烧结容器内通入保护性气体，所述保护性气体的流向为自se粉到层叠结构的方向；

51、（ⅲ）将所述烧结容器内gese粉与遮挡后层叠电池或遮挡后单电池所在的第一区域以40~60℃/min的升温速度升温至600~800℃，再将所述第一区域进行保温的同时对se粉所在的第二区域以300~360℃/min的升温速度升温至300~420℃，再在停止通入保护性气体的同时通入还原性气体与保护性气体的混合气体，所述混合气体中还原性气体的体积浓度为5~10%，并对所述第一区域与第二区域进行1~20min的保温，冷却后得到切割端面上沉积有gese2层的遮挡后层叠电池或遮挡后单电池；

52、（ⅳ）对步骤（ⅲ）所得切割端面上沉积有gese2层的遮挡后层叠电池或遮挡后单电池同步进行80~160s的光钝化和热处理，光钝化包括采用光强度为20~100个光强度的太阳光对沉积的gese2层进行照射，所述热处理的温度为200~500℃，得到切割端面上覆盖有gese2钝化层的至少一个晶硅电池。

53、本发明中2~400片切割后电池进行层叠设置后对顶面进行遮挡得到层叠电池，再进行gese2钝化层的制备，目的是为了提高gese2钝化层的制备效率，最终直接得到2~400片晶硅电池。

54、第三方面，本发明提供了一种钙钛矿晶硅叠层电池，所述钙钛矿晶硅叠层电池包括第一方面所述的晶硅电池。

55、第四方面，本发明提供了一种第三方面所述钙钛矿晶硅叠层电池的制备工艺，所述制备工艺包括：

56、以第一方面所述的晶硅电池为基底，在所述基底上制备一层太阳能顶电池，得到钙钛矿晶硅叠层电池。

57、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

58、本发明提供的晶硅电池为切割后电池，且切割端面上覆盖有gese2钝化层，光生载流子会被限制在晶硅电池内部，防止了光生载流子在切割端面处发生的非辐射复合，减少了晶硅电池边缘的电荷积累，从而降低了晶硅电池的表面复合速率，因此提高了晶硅电池的光电转换效率。