CN111276615A - 一种大面积钙钛矿太阳能电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大面积钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括多层结构，依次从下到上分别为透明导电玻璃衬底、第一接触层、钙钛矿光吸收层、第二接触层、激光掺杂导电电极层、导电电极层，所述第二接触层上有多个容纳所述激光掺杂导电电极层的激光槽。本发明还公开了一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法。本技术方案采用激光掺杂导电电极的方式，将导电电极深入到第二接触层二分之一的位置，形成激光掺杂导电电极层，在增加接触面积的同时还增加了导电电极对光生载流子的抽取速度，减少载流子复合，进而提升钙钛矿太阳能的光电性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种大面积钙钛矿太阳能电池及制备方法。
背景技术
作为光伏行业新进宠儿，钙钛矿电池发展10年以来，其光电转换效率从3.8%快速提升至25.2%。廉价、高效、对缺陷的容忍性好也就成为了钙钛矿的显著标签，越来越多的研究学者认为其有超越晶硅电池、CIGS薄膜电池的潜力，因此钙钛矿材料也被《Science》评为2013年十大科学突破之一。
目前大多数实验室钙钛矿电池光电转换效率都低于20%，尽管通过界面修饰、材料体系优化、工艺优化等手段能够将钙钛矿器件的光电转换效率提升至20%以上，但是由于制备工艺繁琐，对于薄膜质量要求较高，例如采用界面修饰的方法处理钙钛矿吸收层与接触层的工艺不稳定、重复性较差，因此，目前缺少一种对于钙钛矿薄膜质量要求低、重复性高的钙钛矿电池提效方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有技术中大面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率低，重复性差的问题。本发明解决该技术问题采用的技术方案是：
一种大面积钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括多层结构，依次从下到上分别为透明导电玻璃衬底、第一接触层、钙钛矿光吸收层、第二接触层、激光掺杂导电电极层、导电电极层，所述第二接触层上有多个容纳所述激光掺杂导电电极层的激光槽。
作为优选，所述第一接触层的厚度为20至40纳米，所述钙钛矿光吸收层的厚度为350至500纳米，所述第二接触层的厚度为80至120纳米，所述导电电极层厚度为60至80纳米。
作为优选，所述激光槽的深度为所述第二接触层厚度的二分之一。
一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，在透明导电玻璃衬底上沉积所述第一接触层；
步骤二，在所述第一接触层上沉积钙钛矿光吸收层；
步骤三，在所述钙钛矿光吸收层上沉积第二接触层；
步骤四，在所述第二接触层表面沉积一层厚度为5至10纳米的导电电极，使用激光按照特定的图形进行局部掺杂形成激光掺杂导电电极层，掺杂深度小于第二接触层的厚度；
步骤五，在所述激光掺杂导电电极层表面沉积导电电极层，制得钙钛矿太阳能电池成品。
作为优选，所述步骤四中所述激光的波长为405至1064纳米。
本发明的有益效果是：本发明采用激光掺杂导电电极的方式，将导电电极深入到第二接触层二分之一的位置，形成激光掺杂导电电极层，在增加接触面积的同时还增加了导电电极对光生载流子的抽取速度，减少载流子复合，进而提升钙钛矿太阳能的光电性能。激光掺杂工艺简单易行，成本低廉，重复性高，对于钙钛矿薄膜表面形貌没有太严苛的要求，有利于钙钛矿太阳能电池的产业化。
附图说明
图1是本发明实施例大面积钙钛矿太阳能电池结构示意图。
图2是本发明实施例激光掺杂图形示意图。
图中：1.透明导电玻璃衬底，2.第一接触层，3.钙钛矿光吸收层，4.第二接触层，5.激光掺杂导电电极层，6.导电电极层，7.激光槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2，一种大面积钙钛矿太阳能电池，包括多层结构，依次从下到上分别为透明导电玻璃衬底1、第一接触层2、钙钛矿光吸收层3、第二接触层4、激光掺杂导电电极层5、导电电极层6，第二接触层4上有多个容纳激光掺杂导电电极层5的激光槽7，激光槽7的深度为第二接触层4厚度的二分之一。
透明导电玻璃衬底1的材料为FTO氟掺氧化锡玻璃、ITO铟掺氧化锡玻璃、AZO铝掺氧化锌玻璃、ATO铝掺氧化锡玻璃、IGO铟掺氧化鎵玻璃中的至少一种；
第一接触层2、第二接触层4的材料分别为N型半导体SnO2、TiO2、ZnSnO4或者P型半导体Spiro-oMeTad、NiO、CuSCN中的至少一种；
钙钛矿光吸收层3的材料为晶体结构为ABX3型的钙钛矿材料，其中A为Cs+、CH(NH2)2+、CH3NH3+、C(NH2)3+中的至少一种，B为Pb2+、Sn2+中的至少一种， X为Br-、I-、Cl-中的至少一种；
激光掺杂导电电极层5是由激光对制备的导电电极材料中的至少一种进行局部掺杂所得；
所使用的激光的波长为405纳米、445纳米、460纳米、473纳米、532纳米、589纳米、635纳米、650纳米、808纳米、980纳米、1064纳米中的至少一种；
导电电极层6的材料为FTO氟掺氧化锡、ITO铟掺氧化锡、AZO铝掺氧化锌、ATO铝掺氧化锡、IGO铟掺氧化鎵，Ag、Cu、Al、Au中的至少一种；
第一接触层2的厚度为20至40纳米，钙钛矿光吸收层3的厚度为350至500纳米，第二接触层4的厚度为80至120纳米，导电电极层6厚度为60至80纳米。
一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：透明导电玻璃衬底1的清洗
采用规格合适，透过率为92%的FTO玻璃作为透明导电基底，依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇超声清洗20分钟，再经高纯氮气吹洗干净后用氧等离子清洗机清洗10分钟得到干净的透明导电玻璃衬底1。
步骤二：第一接触层2的制备
将SnO2分散液和去离子水以体积比为1：7的方式混合，得到SnO2前驱液，再采用Slot-die coating的方式在FTO玻璃基底上沉积一层20纳米的SnO2电子传输层。
步骤三：钙钛矿光吸收层3的制备
将摩尔比为1：1.01的CH3NH3I粉末和PbI2加入到DMF/DMSO（体积比为3:7）的混合溶剂体系，70℃下搅拌2小时，在SnO2基底上采用Slot-die coating的方式制备钙钛矿湿膜层，采用加热干燥10分钟的方法退火结晶，最终得到膜厚为450纳米的黑色钙钛矿薄膜。
步骤四：第二接触层4的制备
在钙钛矿光吸收层3基底上采用Slot-die coating的方式制备Spiro-oMeTad湿膜，再采用加热干燥10分钟的方法，最终得到膜厚为120纳米的空穴传输层。
步骤五：激光掺杂导电电极层5的制备
在第二接触层4上蒸镀一层厚度为10纳米的Au，再使用波长为1064纳米的激光进行激光掺杂得到激光掺杂导电电极层5，激光图形如图2所示，激光将较薄的导电电极层均分为13个区域。
步骤六：导电电极层6的制备
在激光掺杂导电电极层5上继续沉积金电极；操作时当腔室的真空度下降到5.0x10-4Pa以下时开始蒸镀，同时控制加热盘的电流稳定在25A，以1A/s的速率在基底上沉积70纳米的金电极。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (5)
1.一种大面积钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括多层结构，依次从下到上分别为透明导电玻璃衬底、第一接触层、钙钛矿光吸收层、第二接触层、激光掺杂导电电极层、导电电极层，所述第二接触层上有多个容纳所述激光掺杂导电电极层的激光槽。
2.如权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一接触层的厚度为20至40纳米，所述钙钛矿光吸收层的厚度为350至500纳米，所述第二接触层的厚度为80至120纳米，所述导电电极层厚度为60至80纳米。
3.如权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述激光槽的深度为所述第二接触层厚度的二分之一。
4.一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，在透明导电玻璃衬底上沉积所述第一接触层；
步骤二，在所述第一接触层上沉积钙钛矿光吸收层；
步骤三，在所述钙钛矿光吸收层上沉积第二接触层；
步骤四，在所述第二接触层表面沉积一层厚度为5至10纳米的导电电极，使用激光按照特定的图形进行局部掺杂形成激光掺杂导电电极层，掺杂深度小于第二接触层的厚度；
步骤五，在所述激光掺杂导电电极层表面沉积导电电极层，制得钙钛矿太阳能电池成品。
5.如权利要求4所述的大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤四中所述激光的波长为405至1064纳米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A large area perovskite solar cell and its preparation method Effective date of registration: 20201210 Granted publication date: 20200731 Pledgee: Yiwu Branch of Zheshang Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG AIKO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001174 |
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Date of cancellation: 20211207 Granted publication date: 20200731 Pledgee: Yiwu Branch of Zheshang Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG AIKO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001174 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Large area perovskite solar cell and preparation method thereof Effective date of registration: 20211209 Granted publication date: 20200731 Pledgee: Yiwu Branch of Zheshang Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG AIKO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002506 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20200731 Pledgee: Yiwu Branch of Zheshang Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG AIKO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002506 |