CN108574049A - 一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池模块包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极及碳电极。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。
背景技术
随着能源危机和环境污染的逐渐加剧，人类对可再生能源的需求越来越大。太阳能具有安全、无污染、不受地理条件限制等优势，是各种可再生能源中应用最为广泛、最有发展前途的一种。而在各种有效利用太阳能的技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。在众多新型太阳能电池里，钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells)具有优异的光电转换性能，所需的原材料储量丰富，制备工艺简单，是最具有应用前景的太阳能电池之一。
尽管钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到20％以上，与硅基太阳能电池相近，但是其电池尺寸都很小，不到1cm2，因此，需要开发大尺寸的钙钛矿太阳能电池以推进产业化。与贵金属电极相比，基于碳电极的钙钛矿太阳能电池其制备工艺更为简便，并具有更优异的长期稳定性。Anish Priyadarshi等人(Energy Environ.Sci.,2016,9,3687--3692)公开了一种基于煅烧碳电极的大面积钙钛矿太阳能电池模块，该电池模块有效吸光面积达到70cm2，光电转换效率达到10.46％。专利文献1则公开了一种大面积全固态钙钛矿介观太阳能电池的制备方法，该技术方案同样基于煅烧碳电极，通过改善钙钛矿的填充工艺，获得了10％以上的光电转换效率。
上述两种工艺通过煅烧提高碳电极的导电性，但是煅烧工艺一方面使得制备工艺更为复杂，并限制了其在柔性基底上的应用；另一方面，钙钛矿需要后续填充渗透至电池结构中，钙钛矿的均一性较难控制，也难以实现对钙钛矿结晶性和形貌的调控。因此，在钙钛矿太阳能电池领域，仍然缺乏简便易行且成本较低的模块设计。
现有技术文献：
专利文献1：中国专利公开CN105576135A。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法，能够有效地提高钙钛矿太阳能电池模块的性能。
一方面，本发明的钙钛矿太阳能电池模块，包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极及碳电极。
根据本发明，通过设置辅助电极，能够极大地提高电荷收集能力，有效降低串联电阻，从而有效降低了能量损耗，由此有效提高了器件光电转换效率。且本发明的钙钛矿太阳能电池模块易于制备。
本发明中的钙钛矿活性层是在基片上涂覆一整面薄膜制备而成。传统工艺中，钙钛矿薄膜制备好后，再刻蚀去部分钙钛矿薄膜，以避免子电池单元之间的间隔区域残留的钙钛矿增大串联电阻，影响电流收集。然而该工艺的缺点在于工艺复杂，刻蚀难免对钙钛矿薄膜有一定破坏性，且刻蚀造成的粉尘污染对环境有害。因此，本发明提出辅助电极来提高电流收集，该辅助电极位置例如可形成为，将第一个子电池单元的碳电极、钙钛矿活性层与相邻的第二个子电池单元的负极连接，提高了电流流经相邻单元的收集能力，避免了能量损失，从而不需要对钙钛矿薄膜进行刻蚀处理。
又，本发明中，所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。
又，本发明中，各单节钙钛矿太阳能电池单元排列于一块衬底上，相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间为串联连接。随着太阳能电池面积的放大，载流子传输路径增长，载流子复合率增加，效率急剧降低。制备条状电池的串联模块能够避免载流子路径增长引起的复合率高的问题，可获得高性能电池模块。
又，本发明中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度为5-20mm，优选为6-12mm。DSC是12mm宽的单元两侧有两条银线，实际电子传输路径6mm宽；因此优选6-12mm是有数据支持的。当模块基片尺寸不变时，如果单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度过窄，则串联的条数会增加，不参与发电的连接单元也随之增加，会大大降低电池的有效面积及开口率。如果单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度过宽，则单节电池单元内部的载流子传输路径增长，载流子复合率提高，会降低电池模块的转换效率。
又，本发明中，所述连接单元的宽度为0.2-8mm，优选为0.3-3.5mm。连接单元的宽度过宽，将增大不发电的无效面积，降低电池模块的开口率，而连接单元的宽度过窄，刻蚀线可能难以完全刻断绝缘，无法实现有效的串联结构。
又，本发明中，所述衬底为玻璃，所述导电层包括氧化铟锡层或掺杂氟的氧化锡层；
所述空穴阻挡层包括TiO2、ZnO或SnO2中的一种或几种的组合；
所述介孔支架层包括TiO2、ZrO2、ZnO、SnO2、Al2O3、NiO、SiO2、BaSnO2、SrTiO3、Zn2SnO4、BaTiO3中的一种或几种的组合；
所述钙钛矿活性层中包括一种或几种钙钛矿材料ABX3，A为甲胺、甲脒基团或铯离子，B为Pb或Sn离子，X为卤族元素I、Cl或Br；
所述碳电极包括石墨片、碳黑、碳纤维或石墨烯中的一种或几种的组合。碳电极来源丰富，其费米能级与钙钛矿材料相匹配，并具有可低温制备的优势，相比需要高温高压热蒸镀的贵金属电极，制备工艺简便，成本低廉，对环境更为友好。并且碳电极具有疏水性，所制备的钙钛矿太阳能电池长期稳定性更好。
另一方面，本发明还提供了一种前述钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，包括以下步骤：
(1)对衬底上的导电层进行刻蚀，形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带；
(2)在所述导电层和绝缘带上制备空穴阻挡层；
(3)在所述空穴阻挡层上制备介孔支架层；
(4)在相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间制备辅助电极；
(5)在所述介孔支架层上制备钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿活性层上制备碳电极，获得所述钙钛矿太阳能电池模块。
根据本发明制备的钙钛矿太阳能电池模块能够有效地提高光电转换效率，且空穴阻挡层可不用刻蚀，大大简化了制备工艺。
又，本发明中，所述空穴阻挡层，其薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间连续或者不连续。传统工艺中，空穴阻挡层制备后，刻蚀去部分阻挡层薄膜，去除子电池单元间隔部分的阻挡层薄膜。这一工艺增加了工艺复杂性，且会在刻蚀过程中引起粉尘污染。本发明提出的电池模块，应用辅助电极提高电流收集，空穴阻挡层可连续，也可不连续，提高了该电池模块结构对于不同工艺的普适性。且可不刻蚀的空穴阻挡层使得制备工艺更为简便。
又，本发明中，步骤(2)至步骤(6)所述制备方法包括旋涂、喷涂、丝网印刷、刮刀法、狭缝涂布法中的一种或多种的组合。
又，本发明中，在所述钙钛矿活性层上低温制备所述碳电极，所述钙钛矿活性层的薄膜形貌能够通过包括反溶剂法、溶剂退火、表面气体吹扫、真空辅助中的一种或多种的组合的调控方法进行调控。
根据本发明，该钙钛矿太阳能电池模块基于低温制备的碳电极，能够实现对钙钛矿活性层的形貌调控，有利于提高模块性能。
根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点。
附图说明
图1为实施例1中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；
图2为实施例6中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；
图3为对比例1中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；
图4为对比例2中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；
图5为实施例1中钙钛矿太阳能电池模块的电流密度-电压曲线图；
图6为对比例1中钙钛矿太阳能电池模块的电流密度-电压曲线图；
图7为对比例2中钙钛矿太阳能电池模块的电流密度-电压曲线图；
图8为本发明一实施形态的钙钛矿太阳能电池模块中的辅助电极的位置示意图；
附图标记：
1、衬底，
2、导电层，
3、空穴阻挡层，
4、介孔支架层，
5、辅助电极，
6、钙钛矿活性层，
7、碳电极，
8、子电池单元，
9、刻蚀带。
具体实施方式
针对现有技术中钙钛矿太阳能电池制备工艺复杂等问题，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法，其工艺简单，且能有效提高光电转换效率。该钙钛矿太阳能电池模块包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极及碳电极。
本发明通过引入辅助电极，例如银线，有效提高了器件光电转换效率。太阳能电池面积的放大会带来效率的急剧降低，这是由于随着面积增大，电子传输路径的增长会引起载流子复合率的增加，因此制备条状电池的串联模块是取得高转换效率的有效手段。然而，条状电池的串联模块，其电流经过每个单节太阳能电池单元时，都会带来一定的损耗，本发明引入银线辅助电极，提高了电子收集效率，从而有效降低了能量损耗，由此有效提高光电转换效率。本发明的大面积钙钛矿太阳能电池模块的光电转换效率可达到15％以上。
进一步而言，本发明的钙钛矿太阳能电池模块，可包括两个以上单节钙钛矿太阳能电池单元，各单节钙钛矿太阳能电池单元排列于一块衬底上。
上述钙钛矿太阳能电池模块中，优选地，相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间通过串联连接。具体地，前一个单节钙钛矿太阳能电池的碳电极和后一个单节钙钛矿太阳能电池的导电层相连接。
上述钙钛矿太阳能电池模块中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度为5-20mm，优选为6-12mm。所述连接单元的宽度为0.2-8mm，优选为0.3-3.5mm。所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。例如，电池模块间隙是刻蚀线、Ag线和碳电极间隙三部分，刻蚀线产线机器刻蚀可达到0.1mm，Ag线按印刷精度算可为0.03mm，碳电极间隙可为0.1mm，连接单元宽度可为0.23mm。
上述单节钙钛矿太阳能电池单元中，所述衬底可玻璃，所述导电层可包括氧化铟锡层或掺杂氟的氧化锡层；所述空穴阻挡层可包括TiO2、ZnO或SnO2中的一种或几种的组合；所述介孔支架层可包括TiO2、ZrO2、ZnO、SnO2、Al2O3、NiO、SiO2、BaSnO2、SrTiO3、Zn2SnO4、BaTiO3中的一种或几种的组合；所述钙钛矿活性层中包括一种或几种钙钛矿材料ABX3，A为甲胺、甲脒基团或铯离子，B为Pb或Sn离子，X为卤族元素I、Cl或Br；所述碳电极包括石墨片、碳黑、碳纤维或石墨烯中的一种或几种的组合。
上述钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，可包括以下步骤：
(1)对衬底上的导电层进行刻蚀，形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带；
(2)在所述导电层和绝缘带上制备空穴阻挡层；
(3)在所述空穴阻挡层上制备介孔支架层；
(4)在相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间制备辅助电极；
(5)在所述介孔支架层上制备钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿活性层上制备碳电极，获得所述钙钛矿太阳能电池模块。
步骤(2)所述的空穴阻挡层，其薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间可以连续、也可以不连续。
步骤(2)至(6)所述制备方法可包括旋涂、喷涂、丝网印刷、刮刀法、狭缝涂布法中的一种或多种的组合。
优选地，在步骤(5)所制备的钙钛矿活性层上低温制备所述碳电极，该钙钛矿活性层的薄膜形貌调控方法包括反溶剂法、溶剂退火、表面气体吹扫、真空辅助中的一种或多种的组合。
本发明提供的钙钛矿太阳能电池模块基于低温制备的碳电极，有利于实现对钙钛矿活性层形貌的调控，更有利于提高器件性能。钙钛矿太阳能电池的一大优势在于钙钛矿活性层的薄膜形貌及晶粒尺寸可控，然而在目前报道的基于煅烧碳电极的钙钛矿太阳能电池模块中，钙钛矿是经由煅烧后的碳电极后续渗透至整个电池结构中，难以实现对钙钛矿晶粒尺寸、结晶度及形貌等的调控。本发明提供的钙钛矿太阳能电池模块基于低温制备的碳电极，先制备钙钛矿活性层，再于其上涂覆低温碳浆料，热处理后得到低温制备的碳电极，无需高温煅烧，从而实现了对钙钛矿活性层的形貌调控。
本发明中钙钛矿可直接旋涂一整面薄膜，不需要现有工艺中刻蚀形成条状分隔的图形，工艺简便，且具有高效率，通常的大面积钙钛矿太阳能电池制作过程中，钙钛矿薄膜都是要进行图案化，也就是进行条纹状的，通常是先涂敷一整面钙钛矿薄膜，然后用激光刻蚀的方法，将钙钛矿薄膜进行条纹状分割。而本发明的优势省去了条纹状的过程和工艺，若采用激光刻蚀进行条纹状，不但多了一道工序，而且刻蚀掉的钙钛矿不可避免会产生粉尘污染。但是，本发明的钙钛矿薄膜不用进行条状分割就达到进行条状分割后的电池效果，这是基于发明人的一个发现，就是采用辅助电极(例如银线)的话不需要进行条状分割也可以达到所需的高效率，原理是辅助电极极大增加了电池的横向电流收集，无需进行条状分割就达到所需的高效率。
以下通过具体的实施例进一步详述本发明。
实施例1
图1为实施例1中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图。如图1所示，该钙钛矿太阳能电池模块包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元。其中，单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底1、导电层2、空穴阻挡层3、介孔支架层4、钙钛矿活性层6及碳电极7。所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极5及碳电极。且，空穴阻挡层3的薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间是连续的，无需刻蚀工艺去除子电池单元间隔区域的空穴阻挡层薄膜，简化了工艺，且避免了刻蚀工艺带来的粉尘污染。
上述透明衬底1让太阳光透过，导电层2传输电子，空穴阻挡层3避免空穴由负极处传输引起漏电，介孔支架层4传输电子，钙钛矿活性层6吸收光产生光生电子和空穴，碳电极7传输空穴，辅助电极5提高相邻子电池单元之间的电流传输。绝缘带将导电层2刻蚀去部分，形成相互绝缘的条状分隔区域。
图8为本发明一实施形态的钙钛矿太阳能电池模块中的辅助电极的位置示意图。如图8所示，该辅助电极位于刻蚀带9右侧，即将第一个子电池单元8的碳电极、钙钛矿活性层与相邻的第二个子电池单元的负极连接，提高了电流流经相邻单元的收集能力，避免了能量损失，从而不需要对钙钛矿薄膜进行刻蚀处理。
本实施例1中的钙钛矿太阳能电池模块可通过以下方法制备：
(1)对衬底上覆盖的导电层进行激光刻蚀，以形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带，刻蚀宽度为1mm，刻蚀8条绝缘带；
(2)分别用碱液、去离子水、丙酮、乙醇超声清洗刻蚀后的导电玻璃10min，用压缩空气吹干；
(3)在导电玻璃上旋涂TiO2致密层即空穴阻挡层，前驱体溶液为钛酸四异丙酯(0.3mol/L)、乙酰丙酮(0.45mol/L)、盐酸(0.09mol/L)、水(1.8mol/L)的乙醇溶液。前驱体铺满导电玻璃，旋涂转速3000rpm，时间20s。在500℃煅烧1h后用四氯化钛水溶液(40mM)在70℃进行处理40min，获得空穴阻挡层，厚度约为10-60nm；
(4)在所述空穴阻挡层上印刷TiO2介孔支架层，在500℃煅烧30min，厚度约为1μm，每单节钙钛矿太阳能电池单元中，TiO2介孔支架层宽度1cm，长度10cm；
(5)在相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间印刷银线辅助电极，在500℃煅烧1h，厚度为5～10μm；
(6)在所述介孔支架层上旋涂钙钛矿吸光材料CH3NH3PbI3。将1.383g的PbI2、0.477g的CH3NH3I和212.7μL的DMSO溶解在1.9047mLDMF中获得钙钛矿前驱体溶液。将钙钛矿前驱体溶液铺展于上述制备好的基片上，旋涂转速3000rpm，时间30s。然后在100℃退火10min，获得钙钛矿活性层；
(7)在所述钙钛矿活性层上印刷碳电极，在100℃烘干30min，碳电极厚度为80μm；
(8)电池有效面积80cm2。
实施例2
本实施例2中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为2mm，刻蚀4条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.6cm，长度10cm；
步骤(7)中碳电极厚度为50μm；
步骤(8)中电池有效面积24cm2。
实施例3
本实施例3中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为2mm，刻蚀5条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.6cm，长度10cm；
步骤(7)中碳电极厚度为50μm；
步骤(8)中电池有效面积30cm2。
实施例4
本实施例4中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为2mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.6cm，长度10cm；
步骤(7)中碳电极厚度为50μm；
步骤(8)中电池有效面积36cm2。
实施例5
本实施例5中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为0.8mm，刻蚀7条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.57cm，长度10cm；
步骤(7)中碳电极厚度为50μm；
步骤(8)中电池有效面积40cm2。
实施例6
图2为实施例6中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图。如图2所示，其与实施例1的区别在于空穴阻挡层3的薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间不连续。本实施例提供的电池模块结构应用于不连续的空穴阻挡层，同样显示了优越的高转换效率，说明本发明提供的电池模块结构既可以应用于连续的空穴阻挡层，也可以应用于不连续的空穴阻挡层，普适性广泛。
本实施例6中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为0.8mm，刻蚀8条绝缘带；
步骤(3)中TiO2致密层的制备工艺为丝网印刷，阻挡层浆料为钛酸四异丙酯(0.3mL)、乙基纤维素(0.7g)和松油醇(16mL)的混合液，应用丝网印刷制备不连续的空穴阻挡层。
步骤(7)中碳电极厚度为150μm；
步骤(8)中电池有效面积80cm2。
实施例7
本实施例7中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为1mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.4cm，长度10cm；
步骤(8)中电池有效面积24cm2。
实施例8
本实施例8中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为1mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.5cm，长度10cm；
步骤(8)中电池有效面积30cm2。
实施例9
本实施例9中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为1mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.6cm，长度10cm；
步骤(8)中电池有效面积36cm2。
实施例10
本实施例10中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为1mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度0.8cm，长度10cm；
步骤(8)中电池有效面积48cm2。
实施例11
本实施例11中的钙钛矿太阳能电池模块的制备，除以下步骤改动外，其它均与实施例1相同：
步骤(1)中刻蚀宽度为1mm，刻蚀6条绝缘带；
步骤(4)中TiO2介孔支架层宽度1cm，长度10cm；
步骤(8)中电池有效面积60cm2。
对比例1
该对比例是为说明现有技术中的钙钛矿太阳能电池模块的结构及其制备方法。对比例1中，钙钛矿填充在整个4到6层结构中。其制备方法如下：
(1)对衬底上覆盖的导电层进行激光刻蚀，以形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带，刻蚀宽度为1mm，刻蚀7条绝缘带；
(2)在刻蚀后的导电玻璃上旋涂TiO2致密层，厚度约为10-60nm。在500℃煅烧1h后用四氯化钛水溶液进行处理，获得空穴阻挡层；
(3)在所述空穴阻挡层上印刷TiO2介孔支架层，在500℃煅烧1h，厚度为1μm，TiO2介孔支架层宽度1.05cm，长度10cm；
(4)在所述TiO2介孔支架层上印刷ZrO2介孔支架层，在500℃煅烧1h，厚度为2μm，ZrO2介孔支架层宽度1.05cm，长度10cm；
(5)在所述介孔支架层上印刷碳电极，在400℃煅烧1h，厚度为10μm；
(6)向所述介孔层及碳电极中渗透钙钛矿溶液，在100℃退火30min，获得钙钛矿太阳能电池模块；
(7)电池有效面积为73.5cm2。
由图5和图6的对比可知，本发明提供的钙钛矿太阳能电池模块比现有工艺的光电转换效率更高。本发明将第一个子电池单元的碳电极、钙钛矿活性层与相邻的第二个子电池单元的负极连接，提高了电流流经相邻单元的收集能力，避免了能量损失，从而不需要对钙钛矿薄膜进行刻蚀处理。本发明的电池模块先制备钙钛矿薄膜，再制备碳电极，能够实现对钙钛矿薄膜形貌及质量的调控，而现有技术的将钙钛矿通过碳电极渗透至电池中，难以控制钙钛矿晶型及结晶性，通过钙钛矿薄膜的控制及辅助电极，获得了比对比例1显著更高的转换效率。
对比例2
该对比例是为说明本发明中的银线辅助电极的增益效果。
按照实施例1中的方法，将步骤4去除不做，其他步骤完全相同。
电池有效面积为73.5cm2。
由图5和图7的对比可知，本发明提供的银线辅助电池能够大幅提升器件性能。
表1
表1示出实施例1～11及对比例1和2所得钙钛矿太阳能电池模块的电流密度、电压、填充因子及电池转换效率。由表1可以看出，实施例1～11的转换效率均高于对比例1及2。由实施例2～6可以看出，增加单节钙钛矿太阳能电池单元的个数不会引起效率的降低，显示了银线辅助电极能够避免单节电池之间能量损失的优势。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，包括：
多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，
其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿活性层及碳电极，
所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极及碳电极。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，各单节钙钛矿太阳能电池单元排列于一块衬底上，相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间为串联连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度为5-20mm，优选为6-12mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述连接单元的宽度为0.2-8mm，优选为0.3-3.5mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述衬底为玻璃，所述导电层包括氧化铟锡层或掺杂氟的氧化锡层；
所述空穴阻挡层包括TiO2、ZnO或SnO2中的一种或几种的组合；
所述介孔支架层包括TiO2、ZrO2、ZnO、SnO2、Al2O3、NiO、SiO2、BaSnO2、SrTiO3、Zn2SnO4、BaTiO3中的一种或几种的组合；
所述钙钛矿活性层中包括一种或几种钙钛矿材料ABX3，A为甲胺、甲脒基团或铯离子，B为Pb或Sn离子，X为卤族元素I、Cl或Br；
所述碳电极包括石墨片、碳黑、碳纤维或石墨烯中的一种或几种的组合。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
（1）对衬底上的导电层进行刻蚀，形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带；
（2）在所述导电层和绝缘带上制备空穴阻挡层；
（3）在所述空穴阻挡层上制备介孔支架层；
（4）在相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间制备辅助电极；
（5）在所述介孔支架层上制备钙钛矿活性层；
（6）在钙钛矿活性层上制备碳电极，获得所述钙钛矿太阳能电池模块。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述空穴阻挡层，其薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间连续或者不连续。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）至步骤（6）所述制备方法包括旋涂、喷涂、丝网印刷、刮刀法、狭缝涂布法中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述钙钛矿活性层上低温制备所述碳电极，所述钙钛矿活性层的薄膜形貌能够通过包括反溶剂法、溶剂退火、表面气体吹扫、真空辅助中的一种或多种的组合的调控方法进行调控。
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