CN110379925A - 一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件 - Google Patents

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彭勇
刘胜康
王武峰
王雷冲
杨蓉
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Abstract

本发明提出了一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，能减少电池的电阻，提高器件的光电效率，其特征在于：包括多个并联连接的电池单元，每一个电池单元分别由P‑i‑N结构和N‑i‑P结构的两个钙钛矿太阳能电池串联而成。采用并联式结构的大面积钙钛矿太阳能电池的新型器件，能有效避免传统大面积钙钛矿太阳能电池串联式结构的电阻大等问题，提高器件的光电效率，有利于低成本透明导电基板的应用。该新型器件从上到下的顺序不局限于电子传输层，钙钛矿活性层和空穴传输层，从上到下的顺序也可以为空穴传输层，钙钛矿活性层和电子传输层，从而增加基板的选择性，减少成本。

Description

一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件。
背景技术
新的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的效率记录不断被突破，成为太阳能领域的研究热点，因其具有高效率，低成本，原料丰富的特点，受到人们的广泛关注。随着钙钛矿薄膜有效面积的增加，钙钛矿太阳能电池的缺陷也会增多，为减少单电池的缺陷总量，提高器件的光电效率，现在几乎所有大尺寸钙钛矿电池组件(约100cm2)的单条电池之间都会采用串联的连接方式，而电池组件采用串联的连接方式时会造成器件的串联电阻增大，同时会减少器件有效光照面积，导致了器件光电效率的下降。在进一步制备更大尺寸的电池组件时，就需要降低透明导电基板的电阻，提高电池组件的性能和稳定性。通常，透明导电基板(ITO)的电阻与其价格成反比，即价格会随电阻降低而增加。当ITO导电率较差时，由于是串联结构，电池之间的内阻会随着串联的条数增加而增加，这会增加器件内部的复合而降低器件效率。因此，这种高导电率的ITO基板大大增加了原材料的成本，不利于大批量的生产应用。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，能减少电池的电阻，提高器件的光电效率，其具体技术内容如下：
一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：包括多个并联连接的电池单元，每一个电池单元分别由P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池串联而成。
于本发明的一个或多个实施例当中，在一个电池单元中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池包括由基板材料上依次设置的ITO导电层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及金属电极；N-i-P结构的包括由基板材料上依次设置的ITO导电层、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层及金属电极，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO导电层相连形成串联连接关系。
于本发明的一个或多个实施例当中，在一个电池单元中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池包括由基板材料上依次设置的金属电极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及ITO导电层；N-i-P结构的包括由基板材料上依次设置的金属电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层及ITO导电层，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO导电层相连形成串联连接关系。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述钙钛矿活性层由卤素艳盐、铅盐与甲咪胺盐反应而成。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述钙钛矿活性层加热处理温度为160℃，反应时间为5min,卤素铯盐厚度为30nm，铅盐厚度为165nm。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述电子传输层为富勒烯C60，所述空穴传输层分别为酞菁铜或spiro。
于本发明的一个或多个实施例当中，spiro的空穴传输层的厚度为200nm,富勒烯C60的电子传输层的厚度为20nm。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述基板材料为ITO玻璃，所述金属电极为金。
本发明与现有技术相比，其优越性体现在：
(1)采用并联式结构的大面积钙钛矿太阳能电池的新型器件，能有效避免传统大面积钙钛矿太阳能电池串联式结构的电阻大等问题，提高器件的光电效率，有利于低成本透明导电基板的应用。
(2)该新型器件从上到下的顺序不局限于电子传输层，钙钛矿活性层和空穴传输层，从上到下的顺序也可以为空穴传输层，钙钛矿活性层和电子传输层，从而增加基板的选择性，减少成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图。
图2为本发明的实施例2的结构示意图。
图3为本发明的各电池单元并联连接结构示意图。
图4为本发明的J-V曲线图。
具体实施方式
如下结合附图1至4，对本申请方案作进一步描述：
实施例一
参见附图1，新型大面积钙钛矿太阳能电池器件包括基板材料1、ITO导电层2、空穴传输层3、电子传输层4、钙钛矿活性层5、电子传输层6、空穴传输层；7和金属电极8，其中N表示电子传输层，P表示空穴传输层。该器件工作原理为入射光透过玻璃基底入射以后，能量大于禁带宽度的光子被吸收，产生激子，随后激子在钙钛矿吸光层分离，变为空穴和电子并分别注入传输材料中。其中空穴注入是从钙钛矿材料进入到空穴传输材料中，电子注入是从钙钛矿材料进入到电子传输材料，进而产生电能。
本实施例中，所述基板材料1为ITO玻璃，尺寸为10cm×10cm，但基板材料和尺寸并不以此为限制。
在本实施例中，空穴传输层3为酞菁铜(CuPC)，空穴传输层7为spiro，厚度为200nm，但空穴传输层的材料和厚度并不以此为限制。
在本实施例中，所述钙钛矿活性层由甲咪胺盐、溴化铯与碘化铅在160℃反应生成，但钙钛矿活性层不限定为由卤素艳盐、铅盐与甲咪胺盐反应而成。
在本实施例中，电子传输层4和电子传输层6为富勒烯C60，厚度为20nm，但电子传输层的材料和厚度并不以此为限制。
在本实施例中，金属电极为金，但金属电极的材料并不以此为限制。
在本实施例中，单个电池单元中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池从上到下依次包括基板材料1、ITO导电层2、电子传输层4、钙钛矿活性层5、空穴传输层7及金属电极8；N-i-P结构的钙钛矿太阳能电池依次包括基板材料1、ITO导电层2、空穴传输层3、钙钛矿活性层5、电子传输层6及金属电极8，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO导电层2相连形成串联关系。
实施例二
参见附图2，新型大面积钙钛矿太阳能电池器件包括基板材料1、ITO导电层2、空穴传输层3、电子传输层4、钙钛矿活性层5、电子传输层6、空穴传输层；7和金属电极8。其中N表示电子传输层，P表示空穴传输层。该器件工作原理为入射光透过玻璃基底入射以后，能量大于禁带宽度的光子被吸收，产生激子，随后激子在钙钛矿吸光层分离，变为空穴和电子并分别注入传输材料中。其中空穴注入是从钙钛矿材料进入到空穴传输材料中，电子注入是从钙钛矿材料进入到电子传输材料，进而产生电能。
在本实施例中，基板材料1为ITO玻璃，尺寸为10cm×10cm，但基板材料和尺寸并不以此为限制。
在本实施例中，空穴传输层3为酞菁铜(CuPC)，空穴传输层7为spiro，厚度为200nm，但空穴传输层的材料和厚度并不以此为限制。
在本实施例中，钙钛矿活性层由甲咪胺盐、溴化铯与碘化铅在160℃反应生成，但钙钛矿活性层不限定为由卤素艳盐、铅盐与甲咪胺盐反应而成。
在本实施例中，电子传输层4和电子传输层6为富勒烯C60，厚度为20nm，但电子传输层的材料和厚度并不以此为限制。
在本实施例中，金属电极为金，但金属电极的材料并不以此为限制。
在本实施例中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池从下到上依次包括基板材料1、金属电极8、空穴传输层7、钙钛矿活性层5、电子传输层4及ITO导电层2。N-i-P结构的钙钛矿太阳能电池依次包括基板材料1、金属电极8、电子传输层6、钙钛矿活性层5、空穴传输层3及ITO导电层2，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO玻璃相连形成串联关系。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：包括多个并联连接的电池单元，每一个电池单元分别由P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池串联而成。
2.根据权利要求1所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：在一个电池单元中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池包括由基板材料上依次设置的ITO导电层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及金属电极；N-i-P结构的包括由基板材料上依次设置的ITO导电层、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层及金属电极，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO导电层相连形成串联连接关系。
3.根据权利要求1所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：在一个电池单元中，P-i-N结构的钙钛矿太阳能电池包括由基板材料上依次设置的金属电极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及ITO导电层；N-i-P结构的包括由基板材料上依次设置的金属电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层及ITO导电层，P-i-N结构和N-i-P结构的两个钙钛矿太阳能电池通过ITO导电层相连形成串联连接关系。
4.根据权利要求2或3所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述钙钛矿活性层由卤素艳盐、铅盐与甲咪胺盐反应而成。
5.根据权利要求4所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述钙钛矿活性层加热处理温度为160℃，反应时间为5min,卤素铯盐厚度为30nm，铅盐厚度为165nm。
6.根据权利要求2或3所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述电子传输层为富勒烯C60，所述空穴传输层分别为酞菁铜或spiro。
7.根据权利要求6所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：spiro的空穴传输层的厚度为200nm,富勒烯C60的电子传输层的厚度为20nm。
8.根据权利要求2或3所述的新型大面积钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述基板材料为ITO玻璃，所述金属电极为金。
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