CN111883658A - 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
本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池模块，包括透明基底以及位于透明基底上多个并排设置的子电池，子电池包括自下而上依次层叠的导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、背电极层和背电极层隔断，任意相邻两个子电池的导电层之间均设有导电层隔断并且任意一个子电池的导电层上设置有金属栅极。本发明钙钛矿太阳能电池模在透明基底上间隔设置导电层隔断，以形成多个串联的子电池，并在子电池的导电层上设置金属栅极，使得单个子电池内部形成并联结构，从而形成由多个并联的子电池形成串联结构的钙钛矿太阳能电池模块，可根据电流、电压输出需要灵活设计模块结构，同时本发明制备工艺简单、容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳电池是一种制备工艺简单、光电转化效率高的太阳能发电器件，目前研究较多的钙钛矿太阳电池结构主要为nip型结构，该结构钙钛矿太阳电池包括导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层及背电极层，钙钛矿吸光层吸收光子能量促使电子-空穴分离，电子通过电子传输层被导电层收集，空穴通过空穴传输层被背电极层收集，从而实现光到电的转换过程。
在大面积电池模块中通常要考虑导电层的电阻影响，首先要解决电池模块内部结构问题，目前钙钛矿太阳电池全部采用内部串联的电池模块，即在相隔5mm到30mm间距依次设置导电层隔断结构形成Z型串联模块，该模块可获得较高电压，然而该模块电流较低，由于采用多个条形子电池串联，电池组件内部电阻较大，同时部分遮荫对电池性能影响较大，并且该模块制备工艺复杂，需要对模块中每一层薄膜进行相应的隔断操作且不能相互干扰。
发明内容
基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。
本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块，包括透明基底以及位于透明基底上多个并排设置的子电池，子电池包括自下而上依次层叠的导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、背电极层和背电极层隔断，任意相邻两个子电池的导电层之间均设有导电层隔断并且任意一个子电池的导电层上设置有金属栅极。
优选的，金属栅极的宽度为0.1-0.5mm，金属栅极的厚度为0.5-10μm。
优选的，金属栅极与导电层隔断垂直设置。
优选的，任意相邻两个子电池的背电极层之间均设有背电极层隔断，任意一个子电池的背电极层与其金属栅极隔断并且该子电池的背电极层与其相邻的一个子电池的金属栅极连接。
本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，包括以下步骤：
S1、导电层制备：提供一透明基底，在透明基底上间隔形成N个条形的导电层隔断隔断，以形成N+1个子电池导电层，其中N为大于1的正整数；
S2、金属栅极制备：通过丝网印刷的方式在透明基底的任意相邻两个导电层隔断之间印刷金属栅极；
S3、电子传输层制备：在透明基底上采用喷雾热解技术制备电子传输层；
S4、钙钛矿吸光层制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在电子传输层表面上制备钙钛矿吸光层；
S5、空穴传输层制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在钙钛矿吸光层表面上制备空穴传输层；
S6、背电极层制备：采用真空蒸发镀膜技术或丝网印刷技术在空穴传输层表面上制备背电极层，并在背电极层上间隔形成N个条形的背电极层隔断。
优选的，在S1中，采用激光刻蚀或锌粉化学腐蚀方法在透明基底上形成导电层隔断。
优选的，在S3中，将带有金属栅极的透明基底加热至420℃-480℃后，保温18-25min，在氧气保护下在透明基底上均匀喷射二氧化钛前驱体溶液，保温28-35min，形成致密的二氧化钛电子传输层。
优选的，在S4中，在电子传输层上滴加温度为68℃-75℃、浓度为460-465mg/ml的碘化铅溶液，将透明基底静置58-62s后在5000r/s下旋转30s，然后在68-72℃下结晶，冷却后，将透明基底放入碘甲胺溶液中，待碘甲胺溶液表面变成红褐色后取出透明基底，用异丙醇冲洗后，在100℃下加热28-32min，获得钙钛矿吸光层。
优选的，在S5中，在钙钛矿吸光层表面上在3500r/s下旋涂Spiro-OMeTAD溶液30s，得到空穴传输层。
优选的，在S6中，利用超真空镀膜机在空穴传输层上蒸镀金层形成背电极层，在背电极层上使用脉冲激光刻蚀形成背电极层隔断。
本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块，在透明基底上间隔设置导电层隔断，以形成多个串联的子电池，并在子电池的导电层上设置金属栅极，使得单个子电池内部形成并联结构，从而形成由多个并联的子电池形成串联结构的钙钛矿太阳能电池模块。通过子电池并联金属栅极的使用，可有效提高子电池的面积，减小串联子电池数量，避免了传统Z型串联钙钛矿电池组件中串联电阻对电池性能影响大、单个串联子电池宽度小的缺点；同时有效避免传统Z型串联钙钛矿电池组件中每个子电池功能层均需激光刻蚀的繁琐工艺，进一步简化制备工艺。本发明可根据电流、电压输出需要灵活设计模块结构，同时本发明制备工艺简单、容易实现。
附图说明
图1为本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块的结构示意图；
图2为本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块的剖面图；
图3为本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块中金属栅极的结构示意图；
图4为本发明提出的一种钙钛矿太阳能电池模块中背电极层隔断的结构示意图；
图5为实施例中钙钛矿太阳能电池模块的IV曲线图。
具体实施方式
参照图1-图4，本发明提出一种钙钛矿太阳能电池模块，包括透明基底1以及位于透明基底1上多个并排设置的子电池，其中：
子电池包括自下而上依次层叠的导电层2、电子传输层3、钙钛矿吸光层4、空穴传输层5、背电极层6，任意相邻两个子电池的导电层2之间均设有导电层隔断7并且任意一个子电池的导电层2上设置有金属栅极8，金属栅极8与导电层隔断7垂直设置，金属栅极8的宽度为0.1-0.5mm，金属栅极8的厚度为0.5-10μm。
本实施例中，任意相邻两个子电池的背电极层6之间均设有背电极层隔断9，任意一个子电池的背电极层6与其金属栅极8隔断并且该子电池的背电极层6与其相邻的一个子电池的金属栅极8连接。
本发明提出的钙钛矿太阳能，单个子电池内部是并联结构，多个子电池形成串联结构，可根据电流、电压输出需要灵活设计模块结构。
本发明提出一种钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，包括以下步骤：
S1、导电层2制备：提供一透明基底1，在透明基底1上间隔形成N个条形的导电层隔断隔断7，以形成N+1个子电池导电层2，其中N为大于1的正整数；
S2、金属栅极8制备：通过丝网印刷的方式在透明基底1的任意相邻两个导电层隔断之间印刷金属栅极8；
S3、电子传输层3制备：在透明基底上采用喷雾热解技术制备电子传输层3；
S4、钙钛矿吸光层4制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在电子传输层3表面上制备钙钛矿吸光层；
S5、空穴传输层5制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在钙钛矿吸光层4表面上制备空穴传输层；
S6、背电极层6制备：采用真空蒸发镀膜技术或丝网印刷技术在空穴传输层5表面上制备背电极层6，并在背电极层上间隔形成N个条形的背电极层隔断9。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例
本发明提出一种钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，包括以下步骤：
S1、导电层2制备：提供一透明基底1，将透明基底1切割成50mm×50mm，用锌粉与盐酸刻蚀掉两条0.5mm的条状凹槽，确保电阻2MΩ以上，条状凹槽即为导电层隔断7，相邻两个导电层隔断7之间即为导电层2；将透明基底1放入重铬酸钾洗液中浸泡20分钟，取出用清水连续冲洗、吹干后，浸泡在洗涤液中超声30min，取出后用清水、去离子水冲洗，乙醇清洗烘干；
S2、金属栅极8制备：通过丝网印刷的方式在透明基底1的任意相邻两个导电层隔断7之间印刷金属栅极8，金属栅极8宽度0.2mm，相邻两个金属栅极8间距为8mm；
S3、电子传输层3制备：将带有金属栅极8的透明基底1放在热台上加热至450℃，保温20min，在氧气保护下，将7ml二氧化钛前躯体溶液均匀喷射到透明基底1上，保温30min，获得厚度约30nm的致密的二氧化钛电子传输层3；
S4、钙钛矿吸光层4制备：在电子传输层3上滴加温度为70℃、浓度为462mg/ml的碘化铅溶液，将透明基底静置60s后在5000r/s下旋转30s，然后在70℃下结晶，冷却后，将透明基底1放入碘甲胺溶液中，待碘甲胺溶液表面变成红褐色后取出透明基底1，用异丙醇冲洗后，在100℃下加热28-32min，获得钙钛矿吸光层4；
S5、空穴传输层5制备：在钙钛矿吸光层4表面上在3500r/s下旋涂Spiro-OMeTAD溶液30s，得到空穴传输层5；
S6、背电极层6制备：利用超真空镀膜机在10-5Pa下，在空穴传输层5上蒸镀60um金层形成背电极层6，在金层上使用光斑25um的脉冲激光刻蚀两条宽度为100um的凹槽，脉冲能量10uJ，脉频率35KHz，刻蚀速度800mm/s，凹槽即为背电极层隔断9。
本实施例获得一个面积5cm×5cm钙钛矿太阳能电池模块，由两个并联的子电池串联而得，模块总面积25cm2，有效面积21.6cm2，在标准模拟光源一个太阳下(AM1.5)测得其IV曲线如图5所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，包括透明基底(1)以及位于透明基底(1)上多个并排设置的子电池，子电池包括自下而上依次层叠的导电层(2)、电子传输层(3)、钙钛矿吸光层(4)、空穴传输层(5)、背电极层(6)，任意相邻两个子电池的导电层(2)之间均设有导电层隔断(7)并且任意一个子电池的导电层(2)上设置有金属栅极(8)。
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，金属栅极(8)的宽度为0.1-0.5mm，金属栅极(8)的厚度为0.5-10μm。
3.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，金属栅极(8)与导电层隔断(7)垂直设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，任意相邻两个子电池的背电极层(6)之间均设有背电极层隔断(9)，任意一个子电池的背电极层(6)与其金属栅极(8)隔断并且该子电池的背电极层(6)与其相邻的一个子电池的金属栅极(8)连接。
5.一种如权利要求1-4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：
S1、导电层(2)制备：提供一透明基底(1)，在透明基底(1)上间隔形成N个条形的导电层隔断(7)，以形成N+1个子电池导电层(2)，其中N为大于1的正整数；
S2、金属栅极(8)制备：通过丝网印刷的方式在透明基底(1)的任意相邻两个导电层隔断(7)之间印刷金属栅极(8)；
S3、电子传输层(3)制备：在透明基底(1)上采用喷雾热解技术制备电子传输层(3)；
S4、钙钛矿吸光层(4)制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在电子传输层(3)表面上制备钙钛矿吸光层(4)；
S5、空穴传输层(5)制备：采用旋涂、喷墨打印或蒸发技术在钙钛矿吸光层(4)表面上制备空穴传输层(5)；
S6、背电极层(6)制备：采用真空蒸发镀膜技术或丝网印刷技术在空穴传输层(5)表面上制备背电极层(6)，并在背电极层(6)上间隔形成N个条形的背电极层隔断(9)。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，在S1中，采用激光刻蚀或锌粉化学腐蚀方法在透明基底(1)上形成导电层隔断(7)。
7.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，在S3中，将带有金属栅极(8)的透明基底(1)加热至420℃-480℃后，保温18-25min，在氧气保护下在透明基底(1)上均匀喷射二氧化钛前驱体溶液，保温28-35min，形成致密的二氧化钛电子传输层(3)。
8.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，在S4中，在电子传输层(3)上滴加温度为68℃-75℃、浓度为460-465mg/ml的碘化铅溶液，将透明基底(1)静置58-62s后在5000r/s下旋转30s，然后在68-72℃下结晶，冷却后，将透明基底(1)放入碘甲胺溶液中，待碘甲胺溶液表面变成红褐色后取出透明基底(1)，用异丙醇冲洗后，在100℃下加热28-32min，获得钙钛矿吸光层(4)。
9.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，在S5中，在钙钛矿吸光层(4)表面上在3500r/s下旋涂Spiro-OMeTAD溶液30s，得到空穴传输层(5)。
10.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，在S6中，利用超真空镀膜机在空穴传输层上蒸镀金层形成背电极层，在背电极层上使用脉冲激光刻蚀形成背电极层隔断。
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