CN112599683A - 一种制备叠层太阳能电池的层压工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，采用氧化石墨烯掺杂的PEDOT:PSS作为导电胶，并将这种导电胶作为叠层器件的中间层和顶电极，通过采用层压堆叠的工艺制备叠层太阳能电池，这种层压工艺制备叠层太阳能电池的方式，可以有效抵避免溶剂破坏以及物理损伤，同时节约了设备成本。

Description

一种制备叠层太阳能电池的层压工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种制备叠层太阳能电池的层压工艺。
背景技术
在太阳能电池应用领域，基本的目标是不断降低光伏起降的成本，其中不断提高光伏器件的光电转化效率是降低成本的有效途径。提高光伏器件的光电转化效率主要通过提高太阳光全光谱吸收率，并降低各种能量损失来实现。通过构建多能带子结构叠层电池实现太阳光谱的分光吸收，可以突破Shockley–Queisser极限效率，因此叠层太阳能电池受到广泛研究。在叠层太阳能电池中，将两个子电池实现电学连接和光学耦合的结构被称作中间层，其需要满足以下条件：1)具有良好的电学性质，可以实现两端子电池的电子和空穴快速复合，减少电压损失；2)具有良好的光学透过率，可以实现良好的光谱分配，提高叠层器件的电流；3)具有良好的溶剂阻隔性质，避免顶电池对底电池的损伤。采用顺序沉积方式制备叠层太阳能电池时，采用溶液法制备活性层时，溶剂会对底层电池造成不同层度的破坏，而且在制备顶电极时，也会对下层功能层造成物理损伤，这些都带来器件整体性能的下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，以克服现有技术的问题，本发明采用层压工艺制备叠层太阳能电池的方式，可以有效地避免溶剂破坏以及物理损伤，同时节约了设备成本。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，包括以下步骤：
步骤1：取ITO玻璃基底清洗后，在清洗干净的ITO玻璃基底上旋涂SnO2胶体前驱液，热板退火，形成电子传输层，在电子传输层上沉积一层窄带隙钙钛矿，形成窄带隙钙钛矿吸收层；在窄带隙钙钛矿吸收层上旋涂正丁胺的异丙醇溶液，形成钝化层；在钝化层上旋涂P3HT，形成空穴传输层；所述ITO玻璃基底、电子传输层、窄带隙钙钛矿吸收层、钝化层和空穴传输层共同组成窄带隙底电池；
步骤2：采用PDMS作为顶电池基底，在顶电池基底上旋涂导电胶并加热处理，制备顶电池的导电基底；在导电基底上制备NiOX层作为空穴传输层；在空穴传输层上旋涂宽带隙钙钛矿作为宽带隙钙钛矿吸收层，采用热蒸发在宽带隙钙钛矿吸收层上制备一层C60层，使用原子层沉积在C60层上制备一层SnO2层，C60层和SnO2层共同形成n型选择接触层；所述导电基底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层和n型选择接触层共同组成宽带隙顶电池；
步骤3：在宽带隙顶电池上旋涂导电胶，形成中间层；
步骤4：将步骤3得到的宽带隙顶电池和中间层的整体结构倒置后，放置在窄带隙底电池上，通过层压方式堆叠在一起，形成层压好的器件；
步骤5：将层压好的器件的PDMS层剥离掉，形成顶电极，即完成制备叠层太阳能电池的层压工艺。
进一步地，步骤1中清洗ITO玻璃基底具体为：将ITO玻璃基底表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，氮气流吹干，然后使用紫外光清洁。
进一步地，步骤1中热板退火温度为150℃，时间为20min。
进一步地，步骤2中加热处理温度为150℃，时间为5min。
进一步地，步骤1中正丁胺的异丙醇溶液的浓度为1mg mL-1。
进一步地，步骤2和步骤3中导电胶为氧化石墨烯掺杂的导电聚合物PEDOT:PSS，氧化石墨烯的质量分数为0.5％。
进一步地，步骤4中层压具体为：层压温度为150℃，压力控制在3-5MPa，层压时间为20min。
进一步地，步骤1中电子传输层厚度为25nm，窄带隙钙钛矿吸收层厚度为800-1000nm，P3HT厚度为130nm。
进一步地，步骤2中导电胶厚度为10nm，NiOx厚度为30nm，宽带隙钙钛矿吸收层厚度为350nm，C60层厚度为45nm，SnO2层厚度为25nm。
进一步地，步骤3中导电胶厚度为10nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用氧化石墨烯掺杂的PEDOT:PSS作为导电胶，并将这种导电胶作为叠层器件的中间层和顶电极，通过采用层压堆叠的工艺制备叠层太阳能电池，这种层压工艺制备叠层太阳能电池的方式，没有自下而上的顺序沉积，而是采用分别制作顶底电池的工艺，不存在制备顶电池时溶剂破坏底电池活性层的问题；另外，这里避免了物理沉积顶电极的方式，而是采用导电胶作为顶电极，不会造成物理损伤，可以有效地避免溶剂破坏以及物理损伤，同时节约了设备成本。
附图说明
图1为钙钛矿太阳能电池结构示意图。
其中，101、窄带隙底电池；102、中间层；103、宽带隙顶电池；104、顶电极。
具体实施方式
在描述本发明的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本发明无意局限于所选择的特定术语。应了解每个特定元件包括类似的方法运行以实现类似目的的所有技术等同物。
本发明提供图1钙钛矿太阳能电池结构，其结构由以下部分组成：
窄带隙底电池101：ITO玻璃基底，面积不限(本例为2×2cm2)，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将ITO玻璃基底表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理15分钟，氮气流吹干，然后使用紫外光清洗机清洁10分钟；在清洗干净的ITO玻璃基底上旋涂SnO2胶体前驱液制备电子传输层，150℃退火20min；制备好的电子传输层上沉积一层窄带隙钙钛矿做窄带隙钙钛矿吸收层，吸收长波段可见光；在窄带隙钙钛矿吸收层上旋涂正丁胺的异丙醇溶液(浓度1mg mL-1)制备钝化层；在钝化层上旋涂P3HT作为空穴传输层；其中，电子传输层厚度为25nm，窄带隙钙钛矿吸收层厚度为800-1000nm，P3HT厚度为130nm；
宽带隙顶电池103：采用PDMS作为顶电池基底，采用0.5％氧化石墨烯掺杂的导电聚合物PEDOT:PSS作为导电胶，通过旋涂方式制备薄膜，并在150℃热台加热5min，制备宽带隙顶电池103的导电基底；在上述导电基底上制备NiOX作为空穴传输层；在空穴传输层上旋涂宽带隙钙钛矿作为宽带隙钙钛矿吸收层，吸收短波段可见光；在宽带隙钙钛矿吸收层上采用热蒸发制备一层C60，使用原子层沉积在C60上制备一层SnO2，这两层共同作为n型选择接触层；其中，导电胶厚度为10nm，NiOx厚度为30nm，宽带隙钙钛矿吸收层厚度为350nm，C60层厚度为45nm，SnO2层厚度为25nm；
中间层102：采用0.5％(质量分数)氧化石墨烯掺杂的导电聚合物PEDOT:PSS作为导电胶，在宽带隙顶电池103上旋涂一层该导电胶，然后倒置，将顶底电池贴合在一起，通过层压方式将顶底电池堆叠在一起，实现器件电学、光学耦合；层压时的加热温度控制在150℃，压力控制在3-5MPa，层压时间在20min左右；其中，导电胶厚度为10nm；
顶电极104：将上述层压好的器件的PDMS层剥离掉，露出顶电极104，整个器件制备完毕。

Claims (10)

1.一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取ITO玻璃基底清洗后，在清洗干净的ITO玻璃基底上旋涂SnO2胶体前驱液，热板退火，形成电子传输层，在电子传输层上沉积一层窄带隙钙钛矿，形成窄带隙钙钛矿吸收层；在窄带隙钙钛矿吸收层上旋涂正丁胺的异丙醇溶液，形成钝化层；在钝化层上旋涂P3HT，形成空穴传输层；所述ITO玻璃基底、电子传输层、窄带隙钙钛矿吸收层、钝化层和空穴传输层共同组成窄带隙底电池(101)；
步骤2：采用PDMS作为顶电池基底，在顶电池基底上旋涂导电胶并加热处理，制备顶电池的导电基底；在导电基底上制备NiOX层作为空穴传输层；在空穴传输层上旋涂宽带隙钙钛矿作为宽带隙钙钛矿吸收层，采用热蒸发在宽带隙钙钛矿吸收层上制备一层C60层，使用原子层沉积在C60层上制备一层SnO2层，C60层和SnO2层共同形成n型选择接触层；所述导电基底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层和n型选择接触层共同组成宽带隙顶电池(103)；
步骤3：在宽带隙顶电池(103)上旋涂导电胶，形成中间层(102)；
步骤4：将步骤3得到的宽带隙顶电池(103)和中间层(102)的整体结构倒置后，放置在窄带隙底电池(101)上，通过层压方式堆叠在一起，形成层压好的器件；
步骤5：将层压好的器件的PDMS层剥离掉，形成顶电极(104)，即完成制备叠层太阳能电池的层压工艺。
2.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤1中清洗ITO玻璃基底具体为：将ITO玻璃基底表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，氮气流吹干，然后使用紫外光清洁。
3.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤1中热板退火温度为150℃，时间为20min。
4.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤2中加热处理温度为150℃，时间为5min。
5.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤1中正丁胺的异丙醇溶液的浓度为1mg mL-1。
6.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤2和步骤3中导电胶为氧化石墨烯掺杂的导电聚合物PEDOT:PSS，氧化石墨烯的质量分数为0.5％。
7.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤4中层压具体为：层压温度为150℃，压力控制在3-5MPa，层压时间为20min。
8.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤1中电子传输层厚度为25nm，窄带隙钙钛矿吸收层厚度为800-1000nm，P3HT厚度为130nm。
9.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤2中导电胶厚度为10nm，NiOx厚度为30nm，宽带隙钙钛矿吸收层厚度为350nm，C60层厚度为45nm，SnO2层厚度为25nm。
10.根据权利要求1所述的一种制备叠层太阳能电池的层压工艺，其特征在于，步骤3中导电胶厚度为10nm。
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