[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，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。

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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。

[0068] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0069] 实施例1

[0070] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，所述晶硅电池为由商用TOPCon电池切割后得到的切割后电池，所述切割后电池的切割端面上覆盖有厚度为10nm的GeSe2钝化层。

[0071] 所述边缘钝化的晶硅电池的制备方法包括：

[0072] （Ⅰ）商用TOPCon电池的结构为依次层叠的Ag电极、氮化硅薄膜、氧化铝薄膜、p型掺杂硅层、单晶硅层、硅氧化物薄膜、n型多晶硅层与氮化硅薄膜，将182×182mm的商用TOPCon电池通过激光切割工艺得到300片25×25mm的小电池，每个小电池的四条边均为激光切割产生，再利用10%的HF溶液去除每个小电池的n型多晶硅层表面的氮化硅薄膜，得到切割后电池；

[0073] 将300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2组层叠电池，再对所得层叠结构的顶面进行遮挡，得到2组遮挡后层叠电池3；

[0074] （Ⅱ）如图1所示，将Se粉1、GeSe粉2与2组的步骤（Ⅰ）所得遮挡后层叠电池3沿一个方向依次排列于烧结容器4中，向所述烧结容器4内通入氩气，所述氩气的流向为自Se粉1到层叠结构的方向；

[0075] （Ⅲ）将所述烧结容器4内GeSe粉2与遮挡后层叠电池3所在的第一区域5以50℃/min的升温速度升温至700℃，再将所述第一区域5进行保温的同时对Se粉1所在的第二区域6以330℃/min的升温速度升温至360℃，再在停止通入氩气的同时通入氢气与氩气的混合气体，所述混合气体中氢气的体积浓度为8%，并对所述第一区域5与第二区域6进行10min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3；

[0076] （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3同步进行120s的光钝化和热处理，光钝化包括采用光强度为60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350℃，得到切割端面上覆盖有GeSe2钝化层的300片晶硅电池。

[0077] 本实施例还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的制备工艺包括：

[0078] 以上述所得晶硅电池为基底，在所述基底的n型多晶硅层表面通过磁控溅射制备厚度为25nm的ITO层；

[0079] 再在ITO层上采用磁控溅射的方式溅射一层厚度为15nm的氧化镍（NiOx）作为空穴传输层；

[0080] 再在NiOx层上沉积钙钛矿吸光层，沉积工艺如下：称取2.8mmol碘化铯、11.2mmol碘化甲脒、0.07mmol苯乙基碘化胺、5.6mmol碘化铅、8.4mmol溴化铅混合得到混合物，在混合物中加入8mL的N,N‑二甲基甲酰胺和2mL的二甲基亚砜，充分搅拌使其完全溶解，过滤后形成前驱体溶液；通过溶液法制备约500nm的钙钛矿薄膜作为钙钛矿吸光层；

[0081] 再在所得钙钛矿吸光层上通过真空蒸镀法沉积约25nm的富勒烯（C60）作为电子传输层。

[0082] 再在电子传输层上通过原子层沉积的方法沉积一层厚度为18nm的SnO2用于减少后续溅射过程对基底的损伤；

[0083] 再在SnO2层上通过磁控溅射制备一层厚度为40nm的透明氧化物ITO层；

[0084] 再在透明氧化物ITO层上通过真空蒸镀法沉积厚度为1000nm的金属银电极，得到钙钛矿晶硅叠层电池。

[0085] 实施例2

[0086] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，所述晶硅电池为由硅片尺寸的N型太阳能电池或P型电池太阳能电池切割后得到的切割后电池，所述切割后电池的切割端面上覆盖有厚度为1nm。

[0087] 所述边缘钝化的晶硅电池的制备方法包括：

[0088] （Ⅰ）商用TOPCon电池的结构为依次层叠的Ag电极、氮化硅薄膜、氧化铝薄膜、p型掺杂硅层、单晶硅层、硅氧化物薄膜、n型多晶硅层与氮化硅薄膜，将182×182mm的商用TOPCon电池通过激光切割工艺得到400片25×25mm的小电池，每个小电池的四条边均为激光切割产生，再利用10%的HF溶液去除每个小电池的n型多晶硅层表面的氮化硅薄膜，得到切割后电池；

[0089] 将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3组层叠电池，再对所得层叠结构的顶面进行遮挡，得到3组遮挡后层叠电池3；

[0090] （Ⅱ）将Se粉1、GeSe粉2与3组步骤（Ⅰ）所得遮挡后层叠电池3沿一个方向依次排列于烧结容器4中，向所述烧结容器4内通入氩气，所述氩气的流向为自Se粉1到层叠结构的方向；

[0091] （Ⅲ）将所述烧结容器4内GeSe粉2与遮挡后层叠电池3所在的第一区域5以40℃/min的升温速度升温至600℃，再将所述第一区域5进行保温的同时对Se粉1所在的第二区域6以300℃/min的升温速度升温至300℃，再在停止通入氩气的同时通入氢气与氩气的混合气体，所述混合气体中氢气的体积浓度为10%，并对所述第一区域5与第二区域6进行1min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3；

[0092] （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3同步进行160s的光钝化和热处理，光钝化包括采用光强度为20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500℃，得到切割端面上覆盖有GeSe2钝化层的400片晶硅电池。

[0093] 本实施例还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的制备工艺包括：

[0094] 以上述所得晶硅电池为基底，在所述基底的n型多晶硅层表面通过磁控溅射制备厚度为25nm的ITO层；

[0095] 再在ITO层上采用磁控溅射的方式溅射一层厚度为15nm的氧化镍（NiOx）作为空穴传输层；

[0096] 再在NiOx层上沉积钙钛矿吸光层，沉积工艺如下：称取2.8mmol碘化铯、11.2mmol碘化甲脒、0.07mmol苯乙基碘化胺、5.6mmol碘化铅、8.4mmol溴化铅混合得到混合物，在混合物中加入8mL的N,N‑二甲基甲酰胺和2mL的二甲基亚砜，充分搅拌使其完全溶解，过滤后形成前驱体溶液；通过溶液法制备约500nm的钙钛矿薄膜作为钙钛矿吸光层；

[0097] 再在所得钙钛矿吸光层上通过真空蒸镀法沉积约25nm的富勒烯（C60）作为电子传输层。

[0098] 再在电子传输层上通过原子层沉积的方法沉积一层厚度为8nm的SnO2用于减少后续溅射过程对基底的损伤；

[0099] 再在SnO2层上通过磁控溅射制备一层厚度为40nm的透明氧化物ITO层；

[0100] 再在透明氧化物ITO层上通过真空蒸镀法沉积厚度为1000nm的金属银电极，得到钙钛矿晶硅叠层电池。

[0101] 实施例3

[0102] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，所述晶硅电池为由硅片尺寸的N型太阳能电池或P型电池太阳能电池切割后得到的切割后电池，所述切割后电池的切割端面上覆盖有厚度为40nm。

[0103] 所述边缘钝化的晶硅电池的制备方法包括：

[0104] （Ⅰ）商用TOPCon电池的结构为依次层叠的Ag电极、氮化硅薄膜、氧化铝薄膜、p型重掺杂硅层、单晶硅层、硅氧化物薄膜、n型多晶硅层与氮化硅薄膜，将182×182mm的商用TOPCon电池通过激光切割工艺得到2片25×25mm的小电池，每个小电池的四条边均为激光切割产生，再利用10%的HF溶液去除每个小电池的n型多晶硅层表面的氮化硅薄膜，得到切割后电池；

[0105] 对每个单个切割后电池的顶面进行遮挡，得到2片遮挡后单电池；

[0106] （Ⅱ）将Se粉1、GeSe粉2与2片的步骤（Ⅰ）所得遮挡后单电池沿一个方向依次排列于烧结容器4中，向所述烧结容器4内通入氩气，所述氩气的流向为自Se粉1到层叠结构的方向；

[0107] （Ⅲ）将所述烧结容器4内GeSe粉2与遮挡后单电池所在的第一区域5以60℃/min的升温速度升温至800℃，再将所述第一区域5进行保温的同时对Se粉1所在的第二区域6以360℃/min的升温速度升温至420℃，再在停止通入氩气的同时通入氢气与氩气的混合气体，所述混合气体中氢气的体积浓度为5%，并对所述第一区域5与第二区域6进行20min的保温，冷却后得到切割端面上沉积有GeSe2层的遮挡后单电池；

[0108] （Ⅳ）对步骤（Ⅲ）所得切割端面上沉积有GeSe2层的遮挡后单电池同步进行80s的光钝化和热处理，光钝化包括采用光强度为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℃，得到切割端面上覆盖有GeSe2钝化层的2片晶硅电池。

[0109] 本实施例还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的制备工艺包括：

[0110] 以上述所得晶硅电池为基底，在所述基底的n型多晶硅层表面通过磁控溅射制备厚度为25nm的ITO层；

[0111] 再在ITO层上采用磁控溅射的方式溅射一层厚度为15nm的氧化镍（NiOx）作为空穴传输层；

[0112] 再在NiOx层上沉积钙钛矿吸光层，沉积工艺如下：称取2.8mmol碘化铯、11.2mmol碘化甲脒、0.07mmol苯乙基碘化胺、5.6mmol碘化铅、8.4mmol溴化铅混合得到混合物，在混合物中加入8mL的N,N‑二甲基甲酰胺和2mL的二甲基亚砜，充分搅拌使其完全溶解，过滤后形成前驱体溶液；通过溶液法制备约500nm的钙钛矿薄膜作为钙钛矿吸光层；

[0113] 再在所得钙钛矿吸光层上通过真空蒸镀法沉积约25nm的富勒烯（C60）作为电子传输层。

[0114] 再在电子传输层上通过原子层沉积的方法沉积一层厚度为8nm的SnO2用于减少后续溅射过程对基底的损伤；

[0115] 再在SnO2层上通过磁控溅射制备一层厚度为40nm的透明氧化物ITO层；

[0116] 再在透明氧化物ITO层上通过真空蒸镀法沉积厚度为1000nm的金属银电极，得到钙钛矿晶硅叠层电池。

[0117] 实施例4

[0118] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为20nm外，其余均与实施例1相同。

[0119] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0120] 实施例5

[0121] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为25nm外，其余均与实施例1相同。

[0122] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0123] 实施例6

[0124] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为5nm外，其余均与实施例1相同。

[0125] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0126] 实施例7

[0127] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为30nm外，其余均与实施例1相同。

[0128] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0129] 实施例8

[0130] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为100nm外，其余均与实施例1相同。

[0131] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0132] 实施例9

[0133] 本实施例提供了一种边缘钝化的晶硅电池，除所述GeSe2钝化层的厚度为0.5nm外，其余均与实施例1相同。

[0134] 本实施例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0135] 对比例1

[0136] 本对比例提供了一种晶硅电池，除所述切割后电池的切割端面未被GeSe2钝化层覆盖外，其余均与实施例1相同。

[0137] 本对比例还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的制备工艺与实施例1相同。

[0138] 通过冷却控制仪将测试环境控制在25℃，通过太阳模拟器以及I‑V测试仪对上述实施例及对比例提供的晶硅电池与钙钛矿晶硅叠层电池分别进行光电转换效率（PCE）测试、开路电压（Voc）测试、短路电流（Jsc）测试与填充因子（FF）测试，其中电流和电压由源表采集得到，太阳模拟器光照强度需要通过“标片”(标准性能电池片)进行校准标定，最终得到晶硅电池的测试结果如表1所示，钙钛矿晶硅叠层电池的测试结果如表2所示。

[0139] 表1

[0140] ‑2PCE（%） Voc（V） Jsc（mA·cm） FF（%）
实施例1 22.2 0.701 38.87 81.66
实施例2 20.8 0.694 38.1 78.83
实施例3 21.4 0.699 38.12 80.32
实施例4 22.0 0.698 38.75 81.51
实施例5 22.3 0.702 38.94 81.72
实施例6 22.2 0.701 38.91 81.54
实施例7 21.2 0.682 38.74 80.24
实施例8 20.5 0.687 38.21 78.14
实施例9 18.2 0.668 37.11 73.42
对比例1 16.9 0.661 36.98 69.52

[0141] 表2

[0142] PCE（%） Voc（V） Jsc（mA·cm‑2） FF（%）实施例1 29.4 1.87 19.44 80.75
实施例2 27.7 1.86 19.05 77.98
实施例3 28.5 1.87 19.06 80.14
实施例4 29.2 1.87 19.38 80.63
实施例5 29.4 1.87 19.47 80.75
实施例6 29.2 1.87 19.46 80.21
实施例7 28.7 1.85 19.37 79.87
实施例8 27.5 1.86 19.11 77.43
实施例9 24.3 1.84 18.56 71.25
对比例1 22.3 1.83 18.49 65.73

[0143] 由表1可得：

[0144] （1）实施例1 7中提供的边缘钝化的晶硅电池具有较高的光电转换效率、较高的开~路电压、较高的短路电流与较高的填充因子；且以提供的边缘钝化的晶硅电池为基底，在所述基底上制备一层太阳能顶电池后得到的钙钛矿晶硅叠层电池，也具有较高的光电转换效率、较高的开路电压、较高的短路电流与较高的填充因子；

[0145] （2）通过实施例1与实施例8和9的对比可知，本发明中所述GeSe2钝化层的厚度会影响边缘钝化的晶硅电池的性能；当GeSe2钝化层的厚度过低时，无法完全钝化切割产生的缺陷，会导致晶硅电池的光电转换效率变低、开路电压变低、短路电流变低与填充因子变低，由于底电池的效率降低，会导致基于该晶硅电池制备的钙钛矿晶硅叠层电池的光电转换效率变低；当GeSe2钝化层的厚度过高时，并未使晶硅电池的性能产生提升，还会导致所述晶硅电池的制备方法的制备时间过长，不仅会导致制备成本的升高，还会导致制备成本的下降；

[0146] （3）通过实施例1与对比例1的对比可知，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。

[0147] 以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。