CN113097389B - 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法 - Google Patents

水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113097389B
CN113097389B CN202110362994.1A CN202110362994A CN113097389B CN 113097389 B CN113097389 B CN 113097389B CN 202110362994 A CN202110362994 A CN 202110362994A CN 113097389 B CN113097389 B CN 113097389B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
solar cell
perovskite solar
perovskite
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110362994.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113097389A (zh
Inventor
常晶晶
林珍华
郭雨佳
王璐
张苗
苏杰
张进成
郝跃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN202110362994.1A priority Critical patent/CN113097389B/zh
Publication of CN113097389A publication Critical patent/CN113097389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113097389B publication Critical patent/CN113097389B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/152—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising zinc oxide, e.g. ZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/14—Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法，主要解决现有技术光电转换效率低、水下稳定性差、成本高的问题。其包括钙钛矿太阳能电池模组、稳压器、充放电管理组件和储能电池。稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的输入端口之间，充放电管理组件的输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，该太阳能电池模组，由多个钙钛矿太阳能电池构成，每个钙钛矿太阳能电池包括透明导电衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、金属电极、隧穿疏水层和双层封装结构。该吸光层采用三维钙钛矿与二维钙钛矿的复合材料，弱光性能好。本发明成本低、效率高、能全时段全天候的储能供电，稳定性好，可用于水下供能系统。

Description

水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，更进一步涉及一种光伏储能一体化装置，可用于水下供能系统。
背景技术
钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，可以用溶液法进行加工处理，还可以和印刷工艺结合，极大地节省生产成本。同时钙钛矿太阳能电池还具有轻、薄的特性，并可以沉积在柔性衬底上。近几年，钙钛矿太阳能电池在光电转化效率、制备方法和器件结构上都有了显著提升。但是目前对应用到钙钛矿太阳能电池的微型系统的研究还不够丰富，尤其光电转化和储能一体化系统的水下应用方面还存在空白，这一系统装置的实现对许多水下设备如无人潜航器等的实际应用是至关重要的。
西安智盛锐芯半导体科技有限公司在其申请的专利文献“一种基于疏水涂层的钙钛矿太阳能电池”(申请号：201811271676.9申请公开号：CN 111106251 A)中公开了一种钙钛矿太阳电池。该钙钛矿太阳电池在钙钛矿吸光层上制备了一层疏水涂层，可以防止钙钛矿膜与氧气和水汽接触，从而减缓了钙钛矿材料的分解，延长了钙钛矿太阳能电池的寿命。但是，这一方法制得的电池不能直接应用于水下工作，而且仍存在太阳能电池供电取决于环境条件的问题，无法全天候全时段供电。
深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司在其申请的专利文献“便携式光伏一体化储能装置”(申请号：201721555401.9授权公开号：CN 207504625 U)中公开了一种光伏一体化储能装置。该一体化装置结构简单，方便携带，而且设置了散热装置，可提高装置的安全性和寿命。但是，这一装置存在两方面的不足，一是由于其使用的太阳能电池在水下弱光条件下光电转换效率不够高，不利于整个光伏储能装置的能量收集与存储，二是由于这种电池的制备成本高，不利于系统成本的降低。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法，以提高光伏供电一体化系统的水下光电转化效率、水下稳定性及应用能力，并减低其成本，实现对外部设备高效率、简单化以及全时段的供电。
本发明的技术方案是这样实现的：
1.一种水下工作的光伏储能一体化装置，包括太阳能电池模组1、稳压器2、充放电管理组件3和储能电池4，稳压器2连接在太阳能电池模组1的输出端与充放电管理组件3的一个输入端口之间，充放电管理组件3的一个输入输出双向端口与储能电池4的输入输出双向端口相接，所述太阳能电池模组1，由多个钙钛矿太阳能电池构成，每个钙钛矿太阳能电池包括透明导电衬底11、电子传输层12、吸光层13、空穴传输层15和金属电极16其特征在于：
每个的钙钛矿太阳能电池还包括隧穿疏水层14和双层封装结构17，用于隔绝外界的水汽进入，保护吸光层13不被水分侵蚀分解；
所述吸光层13，采用三维钙钛矿与二维钙钛矿的复合材料，以提高疏水性和在水中的稳定性及光电转化效率，其厚度为150-550nm；
所述隧穿疏水层14，采用聚苯乙烯PS、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE和氟硅烷中的一种或多种，其厚度为2-20nm；
所述双层封装结构17，包括绝缘保护层171、填充保护层172、背板173、封装胶174和互连线175，该绝缘保护层171、填充保护层172和背板173依次叠放在金属电极16的上方，该封装胶174包裹在透明导电衬底11与背板173之间所有层的四周，该互连线175分别从透明导电衬底11和金属电极16引出到太阳能电池外部，用于完成钙钛矿太阳能电池间的互联。
进一步，所述钙钛矿太阳能电池包括正置结构与倒置结构两种；
所述正置结构，其自下而上包括透明导电衬底11、电子传输层12、吸光层13、隧穿疏水层14、空穴传输层15、金属电极16和双层封装结构17；
所述倒置结构，自下而上包括透明导电衬底11、空穴传输层15、吸光层13、隧穿疏水层14、电子传输层12、金属电极16和双层封装结构17。
进一步，所述吸光层13材料中的三维钙钛矿，其分子式ABX3中的不同离子选用如下：
正一价阳离子A，选用甲胺MA+、甲脒FA+、钾K+、铷Rb+、铯Cs+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价金属阳离子B，选用铅Pb2+、锗Ge2+、锡Sn2+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
负一价阴离子X，选用氯Cl-、溴Br-、碘I-中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
进一步，所述吸光层13材料中的二维钙钛矿，其分子式A1 2An-1BnX3n+1或A2An-1BnX3n+13中的不同离子选用如下：
正一价阳离子A、正二价金属阳离子B、负一价阴离子X这三种离子的选用与三维钙钛矿的选用相同；
正一价有机阳离子A1，选用苯乙胺PEA+、丁胺BA+、乙胺EA+、二甲胺DMA+、甲基三乙基铵MTEA+、2-噻吩甲基铵ThMA+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价有机阳离子A2，选用3-氨甲基哌啶3AMP2+、4-氨甲基哌啶4AMP2+、3-氨甲基吡啶3AMPY2+、4-氨甲基吡啶4AMPY2+、乙二胺EDA2+、N,N-二甲基苯胺DPA2+、丙烷1,3-二铵PDA2+、1,4-丁二胺BDA2+、2,5-二氨甲基噻吩ThDMA2+、对亚二甲苯二胺PDMA2+、N,N-二甲基乙二胺DMEDA2+中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
2.制作水下工作的光伏储能一体化装置的制备方法，给出如下两种技术方案：
制备方法1：一种水下工作的光伏储能一体化装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备正置结构的钙钛矿太阳能电池：
1.1)选用透明导电衬底，并进行预处理；
1.2)选用电子传输层材料，采用溶液涂布法在预处理后的衬底上制备电子传输层，再对衬底进行退火处理，得到制备好的电子传输层；
1.3)选用钙钛矿材料，采用一步法或者两步法，将钙钛矿溶液涂布于制备好的电子传输层上，并对涂布后的样件进行退火处理，得到制备好的钙钛矿吸光层；
1.4)选用隧穿疏水层材料，采用溶液涂布法或热蒸发法在制备好的钙钛矿吸光层上制备隧穿疏水层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的隧穿疏水层；
1.5)选用空穴传输层材料，采用溶液涂布法在制备好的隧穿疏水层上制备空穴传输层，得到制备好的空穴传输层；
1.6)选用金属电极材料，使用真空镀膜仪，将金属电极蒸镀在空穴传输层上,得到制备好的金属电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备；
2)对钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
2.1)选用金属导线或导电胶带或金属箔片用作互连线，并将其固定在制备好的太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
2.2)选用绝缘保护层材料、填充保护层材料和封装胶，使用磁控溅射或原子层沉积ALD或热蒸发法，在预留有接线端口的太阳能电池上制作绝缘保护层，在绝缘保护层上方铺设一层填充保护层材料，并保证与金属电极相连的互连线穿过填充保护层，再在填充保护层的钙钛矿太阳能电池的四周填充封装胶，并保证所有互连线穿过封装胶，得到有封装胶的钙钛矿太阳能电池；
2.3)选用背板，将有封装胶的钙钛矿太阳能电池上下翻转一百八十度后放置于背板上，并按此方法将多个有封装胶的钙钛矿太阳能电池在该背板上排布成阵列，并保证所有互连线都穿过背板到达封装层外部，得到叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列；
2.4)将上述叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列放入加热后的层压机加热板中进行层压，得到层压后的钙钛矿太阳能电池阵列，再将其取出冷却，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列。
3)将双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列的互连线按实际要求进行串并联连接，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组；
4)对双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组与稳压器、充放电管理组件和储能电池互联：
选用稳压器、充放电管理组件和储能电池，通过导线，将稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的一个输入端口之间，将充放电管理组件的一个输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，得到光伏能量存储一体化装置。
制备方法2，一种水下工作的光伏储能一体化装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)制备倒置结构的钙钛矿太阳能电池：
A.1)选用透明导电衬底，并进行预处理；
A.2)选用空穴传输层材料，采用溶液涂布法在预处理后的衬底上制备空穴传输层，再对衬底进行退火处理，得到制备好的空穴传输层；
A.3)选用钙钛矿材料，采用一步法或者两步法，将钙钛矿溶液涂布于制备好的空穴传输层上，并对涂布后的样件进行退火处理，得到制备好的钙钛矿吸光层；
A.4)选用隧穿疏水层材料，采用溶液涂布法或热蒸发法在制备好的钙钛矿吸光层上制备隧穿疏水层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的隧穿疏水层；
A.5)选用电子传输层材料，采用溶液涂布法在制备好的隧穿疏水层上制备电子传输层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的电子传输层；
A.6)选用金属电极材料，使用真空镀膜仪，将金属电极蒸镀在电子传输层上,得到制备好的金属电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备；
B)对钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
B.1)选用金属导线或导电胶带或金属箔片用作互连线，并将其固定在制备好的太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
B.2)选用绝缘保护层材料、填充保护层材料和封装胶，使用磁控溅射或原子层沉积ALD或热蒸发法，在预留有接线端口的太阳能电池上制作绝缘保护层，在绝缘保护层上方铺设一层填充保护层材料，并保证与金属电极相连的互连线穿过填充保护层，再在填充保护层的钙钛矿太阳能电池的四周填充封装胶，并保证所有互连线穿过封装胶，得到有封装胶的钙钛矿太阳能电池；
B.3)选用背板，将有封装胶的钙钛矿太阳能电池上下翻转一百八十度后放置于背板上，并按此方法将多个有封装胶的钙钛矿太阳能电池在该背板上排布成阵列，并保证所有互连线都穿过背板到达封装层外部，得到叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列；
B.4)将上述叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列放入加热后的层压机加热板中进行层压，得到层压后的钙钛矿太阳能电池阵列，再将其取出冷却，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列。
C)将双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列的互连线按实际要求进行串并联连接，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组；
D)选用稳压器、充放电管理组件和储能电池，通过导线，将稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的一个输入端口之间，将充放电管理组件的一个输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，得到光伏能量存储一体化装置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
第一，本发明将钙钛矿太阳能电池与储能电池一体化，有效地提高了对太阳能的采集和利用效率。在太阳能电池产生电能时，通过对储能电池的充放电来保证电能有效利用和不间断供给，使高效收集得到的太阳能转化为电量并能随时取用，有很强的实用性。
第二，本发明采用的太阳能电池由钙钛矿材料作为吸光层，由于钙钛矿材料在弱光下具有高达50％的能量转换效率，还具有光吸收系数高，载流子扩散长度长、迁移率高、成本低廉、工艺简单的优势，从而可以使水下弱光条件下工作的钙钛矿太阳能电池具有高的光电转换效率和低的成本，这使本发明一体化装置能很好地应用于水下的供电系统，并有利于扩大其应用范围及场景。
第三，本发明由于采用了多层防水工艺，即在层间使用隧穿疏水层和外部的双层封装层，以隔绝外界的水汽进入，保护吸光层不被水分侵蚀分解，又使用了二维钙钛矿和三维钙钛矿的复合材料作为吸光层，以提高吸光层的疏水性和在水中的稳定性，因而使本发明具有高的水下稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明水下工作的光伏储能一体化装置结构示意图；
图2为本发明中正置结构的单个钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图3为本发明中倒置结构的单个钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图4为本发明制备水下工作的光伏储能一体化装置的总流程图；
图5为本发明中制作正置结构的单个钙钛矿太阳能电池的子流程图；
图6为本发明中制作倒置结构的单个钙钛矿太阳能电池的子流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。
参照图1，对本发明的水下工作的光伏储能一体化装置，包括太阳能电池模组1、稳压器2、充放电管理组件3和储能电池4。其中，太阳能电池模组1有一个输出端口，稳压器2有一个输出端口和一个输入端口，充放电管理组件3有一个输出端口、一个输入端口和一个输入输出双向端口，储能电池4有一个输入输出双向端口。充放电管理组件3的输出端口不与装置内的任何组件连接，用作装置整体的输出端口。稳压器2连接在太阳能电池模组1的输出端与充放电管理组件3的一个输入端口之间，充放电管理组件3的一个输入输出双向端口与储能电池4的输入输出双向端口相接。
所述太阳能电池模组1，由多个钙钛矿太阳能电池按实际要求进行排布与串并联构成，每个钙钛矿太阳能电池可任意采用正置结构或倒置结构。
所述储能电池4采用锂电池、钠电池、镍电池中的一种。
参照图2，所述正置结构的单个钙钛矿太阳能电池，包括其自下而上包括，透明导电衬底11、电子传输层12、吸光层13、隧穿疏水层14、空穴传输层15、金属电极16和双层封装结构17；其中双层封装结构17包括绝缘保护层171、填充保护层172、背板173、封装胶174和互连线175，该绝缘保护层171、填充保护层172和背板173依次叠放在金属电极16的上方，该封装胶174包裹在透明导电衬底11与背板173之间所有层的四周，该互连线175分别从透明导电衬底11和金属电极16引出到太阳能电池外部，作为预留的接线端口，用于完成钙钛矿太阳能电池间的互联。其中：
所述透明导电衬底11采用厚度为300-600nm的氧化铟锡ITO材料或氟掺杂氧化锡FTO材料。
所述电子传输层12，其采用二氧化钛TiO2、氧化锌ZnO、二氧化锡SnO2、C60、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯中的任意一种，厚度为70-150nm。
所述吸光层13，其采用三维钙钛矿与二维钙钛矿的复合材料，厚度为150-550nm。
该三维钙钛矿，按其分子式ABX3选择不同的离子，其中：
正一价阳离子A，选用甲胺MA+、甲脒FA+、钾K+、铷Rb+、铯Cs+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价金属阳离子B，选用铅Pb2+、锗Ge2+、锡Sn2+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
负一价阴离子X，选用氯Cl-、溴Br-、碘I-中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
该二维钙钛矿，按其分子式A1 2An-1BnX3n+1或A2An-1BnX3n+13选择不同的离子，其中：
正一价阳离子A、正二价金属阳离子B、负一价阴离子X这三种离子的选用与三维钙钛矿的选用相同；
正一价有机阳离子A1，选用苯乙胺PEA+、丁胺BA+、乙胺EA+、二甲胺DMA+、甲基三乙基铵MTEA+、2-噻吩甲基铵ThMA+中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价有机阳离子A2，选用3-氨甲基哌啶3AMP2+、4-氨甲基哌啶4AMP2+、3-氨甲基吡啶3AMPY2+、4-氨甲基吡啶4AMPY2+、乙二胺EDA2+、N,N-二甲基苯胺DPA2+、丙烷1,3-二铵PDA2+、1,4-丁二胺BDA2+、2,5-二氨甲基噻吩ThDMA2+、对亚二甲苯二胺PDMA2+、N,N-二甲基乙二胺DMEDA2+中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
所述隧穿疏水层14，其采用聚苯乙烯PS、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE和氟硅烷中的一种或多种，厚度为2-20nm。
所述空穴传输层15，其所述空穴传输层材料采用三苯胺衍生物、聚(3-己基噻吩)P3HT、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基二甲烷掺杂的聚三羧基胺PTAA：F4-TCNQ、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA、硫氰酸亚铜硫氰酸亚铜CuSCN、氧化镍NiO、氧化亚铜Cu2O中的任意一种，厚度为50-200nm。
所述金属电极16，其采用金Au、银Ag、铜Cu、碳电极中的任意一种，厚度为90-300nm。
所述绝缘保护层171，其采用氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、二氧化锆ZrO2、三氧化钼MoO3、氮化硅Si3N4中的任一种或任意组合。
所述填充保护层172，其采用聚乙烯辛烯共弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、有机硅树脂中、环氧树脂的任一种或任意组合。
所述背板173，其采用超白玻璃、钢化玻璃、钠钙玻璃、金属基板或含氟柔性基板的任一种。
所述四周封装胶174，其采用丁基胶、硅胶、热塑高分子材料、紫外固化胶或AB组分胶的任一种或任意组合。
所述互连线175，采用金属导线、导电胶带或金属箔片等任一种或任意组合，其中金属导线金属箔片采用金Au、银Ag、铜Cu中的一种。
参照图3，所述倒置结构的单个钙钛矿太阳能电池，包括其自下而上包括，透明导电衬底11、空穴传输层15、吸光层13、隧穿疏水层14、电子传输层12、金属电极16和双层封装结构17；其中双层封装结构17包括绝缘保护层171、填充保护层172、背板173、封装胶174和互连线175，双层封装结构17中各层的连接关系和位置与正置结构相同；倒置结构的单个钙钛矿太阳能电池中所有层的材料选用范围与厚度与正置结构相同。
参照图4，对本发明制备水下工作的光伏储能一体化装置的方法，给出如下三个实施例。
实施例1：制备吸光层13采用CsPbI3与PEA2Csn-1PbnI(3n-1)(1-y)Cl(3n-1)y的复合材料，隧穿疏水层14采用聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE的正置结构钙钛矿太阳能电池，并基于该太阳能电池模组的水下光伏储能一体化装置。
步骤1，制备正置太阳能电池。
参照图5，本步骤的具体实现如下：
1.1)选用透明导电衬底，并对其进行预处理：
1.1.1)选用400nm厚的氧化铟锡ITO作为透明导电衬底；
1.1.2)对所选衬底依次使用玻璃清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇溶液、去离子水在50摄氏度温度下各超声清洗20min；
1.1.3)将超声清洗过的衬底使用氮气吹干玻璃表面，并使用紫外臭氧照射玻璃表面20分钟，得到预处理后的透明导电衬底。
1.2)制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层：
在手套箱中先将20mg的[6,6]-苯基C61丁酸甲酯溶解在1mL的氯苯中，用磁力搅拌台搅拌8小时使其充分溶解，再使用匀胶机将溶液均匀地滴加到衬底上，以2000rpm转速旋涂45s，得到170nm厚的制备好的电子传输层。
1.3)制备钙钛矿吸光层：
1.3.1)将0.5mmol PbI2粉末和0.5mmol CsI粉末溶于1mL二甲基亚砜DMSO，并在75摄氏度下搅拌2小时，得到CsPbI3前驱体溶液；再将0.05mmol的氯化苯乙胺PEACl粉末溶于1mL的DMSO，得到PEACl前驱体溶液；
1.3.2)通过一步法，采用匀胶机设备，以2000rpm的转速在制备好的电子传输层上旋涂CsPbI3前驱体溶液30s，并在250摄氏度温度下退火30min，得到CsPbI3薄膜；
1.3.3)以6000rpm的转速在制备好的CsPbI3薄膜上旋涂100ml苯乙胺氯PEACl前驱体溶液40s，并在100摄氏度温度下退火10min，得到CsPbI3与PEA2Csn-1PbnI(3n-1)(1-y)Cl(3n-1)y混合的钙钛矿吸光层。
1.4)制备钙钛矿太阳能电池的隧穿疏水层：
1.4.1)取过量的聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE加入3,3’-二氯联苯胺DCB:四氢呋喃THF混合溶剂(体积比为10:1～5:1)中，100℃加热搅拌8小时。
1.4.2)过滤溶液，去除未溶解的聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE，得到其饱和溶液。将饱和溶液以6000rpm的转速旋涂在钙钛矿膜上，之后放置于热台上，退火温度为100℃，退火时间为70min，得到隧穿疏水层。
1.5)制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层：
1.5.1)将35mg浓度为99％的硫氰酸亚铜CuSCN溶解在1mL浓度为98％的二乙基硫醚中，在室温下恒温搅拌30分钟，得到硫氰酸亚铜CuSCN溶液；
1.5.2)采用匀胶机设备，将35μL的硫氰酸亚铜CuSCN溶液旋涂在制备好的隧穿疏水层上，旋涂的转速为5000rpm，旋涂时间为30s，得到制备好的空穴传输层。
1.6)制备钙钛矿太阳能电池的金属电极：
在腔室真空度条件为10-5Pa以下，以
Figure BDA0003006328380000091
的速率蒸镀100nm的银Ag，得到金属电极，完成正置钙钛矿太阳能电池的制备。
步骤2，将钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
2.1)选用铜Cu导线用作互连线，并将其固定在制备好的正置太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
2.2)在制备好的太阳能电池的背电极上通过磁控溅射210nm的二氧化硅SiO2，得到有绝缘保护层的正置钙钛矿太阳能电池；
2.3)选用0.9mm的聚乙烯辛烯共弹性体为填充保护层，丁基胶为封装胶，1mm的超白玻璃为背板。
2.4)在绝缘保护层上方铺设一层填充保护层材料，并保证与金属电极相连的互连线穿过填充保护层，再在填充保护层的正置钙钛矿太阳能电池的四周填充封装胶，并保证所有互连线穿过封装胶，得到有封装胶的钙钛矿太阳能电池；
2.5)将有封装胶的正置钙钛矿太阳能电池上下翻转180°后放置于背板上，再按此方法将多个有封装胶的正置钙钛矿太阳能电池在该背板上排布成阵列，并保证所有互连线都穿过背板到达封装层外部，得到叠放好的正置钙钛矿太阳能电池阵列；
2.6)将上述叠放好的正置钙钛矿太阳能电池阵列放入加热到100℃的层压机加热板中进行层压，得到层压后的钙钛矿太阳能电池阵列，再将其取出冷却，得到双层封装好的正置钙钛矿太阳能电池阵列。
步骤3，完成钙钛矿太阳能电池模组内的连接。
将双层封装好的正置钙钛矿太阳能电池阵列的互连线按实际要求进行串并联连接，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组；
步骤4，组装光伏能量存储一体化装置。
4.1)选用锂电池为储能电池；
4.2)组装连接储能电池、钙钛矿太阳能电池、稳压器和充放电管理模块：通过导线，将稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的一个输入端口之间，将充放电管理组件的一个输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，连接后采用粘附剂对各组件间进行必要的固定，完成光伏能量存储一体化装置的组装。
实施例2：制备吸光层13采用MAPbI3与(3AMP)MAn-1PbnI(3n-1)(1-y)Cl(3n-1)y的复合材料，隧穿疏水层14采用聚苯乙烯PS的正置结构钙钛矿太阳能电池，并基于该太阳能电池模组的水下光伏储能一体化装置。
步骤一，制备正置太阳能电池。
参照图5，本步骤的具体实现如下：
1a)选用透明导电衬底，并对其进行预处理：
1a1)选用400nm厚的ITO作为透明导电衬底；
1a2)对所选衬底进行预处理，其过程与实施例1的步骤1.1.2)和1.1.3)相同；
1b)制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层：
1b1)将2.95g醋酸锌粉末加入到125mL甲醇溶液中，立即升温到70℃，不断搅拌得到透明液体A；
1b2)将1.48g氢氧化钾粉末在70℃下溶于65mL的甲醇溶液中，不断搅拌得到混合溶液B；
1b3)将混合溶液B在搅拌中逐滴滴加至透明溶液A，然后搅拌2h，静置使其冷却至室温后，去除上层清液，再用甲醇清洗沉淀后，将70mL正丁醇、5mL甲醇以及5mL氯仿添加到沉淀中，匀速搅拌，过滤得到氧化锌纳米粒子溶液；
1b4)将氧化锌纳米粒子溶液以转速为3000rmp在预处理好的透明导电衬底ITO上旋涂30s，重复旋涂三次，得到170nm厚的制备好的电子传输层。
1c)制备钙钛矿吸光层。
1c1)配制钙钛矿前驱溶液，按照二甲基亚砜:γ-羟基丁酸内酯DMSO:GBL＝3：7的体积比制备混合溶剂，混合后轻摇使之充分混合，取215mg的甲基碘化铵MAI溶解于上述1mL混合溶剂中，得到甲基碘化铵MAI溶液，取640mg的碘化铅PbI2，与上述制备的1mL的甲基碘化铵MAI溶液混合，75℃加热搅拌直至完全溶解，得到MAPbI3溶液；再将0.05mmol的3-氨甲基哌啶氯(3AMP)Cl2粉末溶于1mL的DMSO，得到(3AMP)Cl2前驱体溶液。
1c2)将配置好的溶液放置在热台上60℃加热，以1000rpm的转速旋涂20s，后加速4000rpm再旋涂30s，在总时间45s滴加甲苯，之后放置于热台上，退火温度为100℃，退火时间为20min，得到MAPbI3薄膜。
1c3)再以6000rpm的转速在制备好的MAPbI3薄膜上旋涂100ml 3-氨甲基哌啶氯(3AMP)Cl2前驱体溶液40s，并在100摄氏度温度下退火10min，得到MAPbI3与(3AMP)MAn- 1PbnI(3n-1)(1-y)Cl(3n-1)y混合的钙钛矿吸光层。
1d)制备钙钛矿太阳能电池的隧穿疏水层：
1d1)将聚苯乙烯PS溶于浓度为0.03％(0.2mg/mL)的二氯苯DCB中，得到聚苯乙烯溶液；
1d2)将得到聚苯乙烯PS溶液以6000rpm的转速旋涂在钙钛矿膜上，然后将其放置于热台上，退火温度为100℃，退火时间为70min，得到隧穿疏水层。
1e)制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层：
1e1)将2mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA溶于1ml甲苯中，得到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA溶液；
1e2)采用匀胶机设备，以3000rpm的转速在制备好的钙钛矿吸光层上旋涂聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA溶液30s，之后在90摄氏度温度下退火30min，得到160nm厚的空穴传输层。
1f)制备钙钛矿太阳能电池的金属电极：
在腔室真空度条件为10-5Pa以下，以
Figure BDA0003006328380000111
的速率蒸镀140nm的铜Cu，得到金属电极，完成正置钙钛矿太阳能电池的制备。
步骤二，将钙钛矿太阳能电池进行双层封装。
2a)选用金箔片用作互连线，并将其固定在制备好的正置太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
2b)在制备好的太阳能电池的背电极上通过ALD方法淀积160nm的氧化铝Al2O3，得到有绝缘保护层的正置钙钛矿太阳能电池；
2c)选用1mm的有机硅树脂为填充保护层，热塑高分子材料为封装胶，1mm的钠钙玻璃为背板；
2d)在绝缘保护层上制备填充保护层和封装胶：
本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.4)相同。
2e)在背板上排布钙钛矿太阳能电池阵列：
本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.5)相同。
2f)层压并冷却钙钛矿太阳能电池阵列：
本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.6)相同。
步骤三，完成钙钛矿太阳能电池模组内的连接。
本步骤的具体实现与实施例1中的步骤3相同；
步骤四，组装光伏能量存储一体化装置.
4a)选用镍电池为储能电池；
4b)组装连接储能电池、钙钛矿太阳能电池、稳压器和充放电管理模块：
本步骤的具体实现与实施例1中的步骤4.2)相同。
实施例3：制备吸光层13采用CsPbBr3，隧穿疏水层14采用氟硅烷的倒置结构钙钛矿太阳能电池，并基于该太阳能电池模组的水下光伏储能一体化装置。
步骤A，制备倒置太阳能电池。
参照图6，本步骤的具体实现如下：
A1)选用透明导电衬底，并对其进行预处理：
A11)选用400nm厚的氟掺杂氧化锡FTO作为透明导电衬底；
A12)对所选衬底进行预处理，其过程与实施例1的步骤1.1.2)和1.1.3)相同；
A2)制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层：
A21)在磁力搅拌下将12.885g的六水合氯化镍NiCl2·6H2O溶解在100mL的去离子水中，逐滴加入10M氢氧化钠NaOH溶液直至pH值达到10，将得到的混浊的绿色溶液离心，用去离子水洗涤沉淀两次；之后将粉末在80℃下干燥，再在不同温度下退火2小时将150mg x-氧化镍NiOx纳米颗粒加入到5mL异丙醇中；然后将该混合液体在超声波清洁器中以100W的功率超声处理，超声波处理的总时间约为8小时，在将所得溶液通过0.45um的聚四氟乙烯TPFE过滤器过滤；
A22)使用旋涂法，将过滤后的溶液以2000rpm的转速在预处理好的氟掺杂氧化锡FTO衬底上旋涂30s，然后120℃下退火20min，得到制备好的空穴传输层；
A3)制备钙钛矿吸光层：
A31)将0.4mmol溴化铅PbBr2溶于500μL二甲基甲酰胺DMF，并在75摄氏度下搅拌2小时，得到溴化铅PbBr2前驱体溶液；再将0.08mmol的溴化铯CsBr粉末溶于1mL的甲醇，得到CsBr前驱体溶液；
A32)采用匀胶机设备，以2000rpm的转速在制备好的电子传输层上旋涂溴化铅PbBr2前驱体溶液40s，并在100摄氏度温度下退火40min，得到PbBr2薄膜；
A33)以3500rpm的转速在制备好的PbBr2薄膜上旋涂溴化铯CsBr溶液40s，并在250摄氏度温度下退火10min；
A34)重复A33)共4-10次，本实例取6次，得到CsPbBr3钙钛矿吸光层；
A4)制备钙钛矿太阳能电池的隧穿疏水层：
将氟硅烷液体以6500rpm的转速旋涂在钙钛矿膜上，得到隧穿疏水层；
A5)制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层：
A51)将2.95g醋酸锌粉末加入到125mL甲醇溶液中，立即升温到70℃，不断搅拌得到透明液体A；
A52)将1.48g氢氧化钾粉末在70℃下溶于65mL的甲醇溶液中，不断搅拌得到混合溶液B；
A53)将混合溶液B在搅拌中逐滴滴加至透明溶液A，然后搅拌2h，静置使其冷却至室温后，去除上层清液；再用甲醇清洗沉淀后，将70mL正丁醇、5mL甲醇以及5mL氯仿添加到沉淀中，匀速搅拌，过滤得到氧化锌纳米粒子溶液；
A54)将氧化锌纳米粒子溶液以转速为3000rmp在预处理好的透明导电衬底ITO上旋涂30s，重复旋涂三次，得到170nm厚的制备好的电子传输层；
A6)制备钙钛矿太阳能电池的金属电极：
在腔室真空度条件为10-5Pa以下，以
Figure BDA0003006328380000131
的速率蒸镀120nm的金Au，得到金属电极，完成倒置钙钛矿太阳能电池的制备。
步骤B，将钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
B1)选用铜Cu箔片用作互连线，并将其固定在制备好的倒置太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
B2)在制备好的太阳能电池的背电极上通过ALD淀积160nm的氮化硅Si3N4，得到有绝缘保护层的倒置钙钛矿太阳能电池；
B3)选用1.1mm的聚乙烯醇缩丁醛为填充保护层，硅胶为封装胶，1.2mm的金属基板为背板；
B4)在绝缘保护层上制备填充保护层和封装胶：本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.4)相同；
B5)在背板上排布钙钛矿太阳能电池阵列：本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.5)相同；
B6)层压并冷却钙钛矿太阳能电池阵列：本步骤的具体实现与实施例1中步骤2.6)相同。
步骤C，完成钙钛矿太阳能电池模组内的连接。
本步骤的具体实现与实施例1中的步骤3相同。
步骤D，组装光伏能量存储一体化装置。
D1)选用钠电池为储能电池；
D2)组装连接储能电池、钙钛矿太阳能电池、稳压器和充放电管理模块：
本步骤的具体实现与实施例1中的步骤4.2)相同。
以上描述仅是本发明的三个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容的原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，例如除了上述三个实施例中所用的材料外还包括以下材料：
所述电子传输层：还包括二氧化钛TiO2、二氧化锡SnO2、C60；
所述吸光层中的三维钙钛矿材料ABX3和二维钙钛矿材料A1 2An-1BnX3n+1、A2An-1BnX3n+1中各种离子的选用如下：
一价阳离子A还包括甲脒FA+、钾K+、铷Rb+中的一种或几种；
正一价有机阳离子A1还包括丁胺BA+、乙胺EA+、二甲胺DMA+、甲基三乙基铵MTEA+、2-噻吩甲基铵ThMA+中的一种或几种；
正二价有机阳离子A2还包括4-氨甲基哌啶4AMP2+、3-氨甲基吡啶3AMPY2+、4-氨甲基吡啶4AMPY2+、乙二胺EDA2+、N,N-二甲基苯胺DPA2+、丙烷1,3-二铵PDA2+、1,4-丁二胺BDA2+、2,5-二氨甲基噻吩ThDMA2+、对亚二甲苯二胺PDMA2+、N,N-二甲基乙二胺DMEDA2+中的一种或几种；
正二价阳离子B还包括锗Ge2+、锡Sn2+中的一种或几种；
所述空穴传输层：还包括三苯胺衍生物、聚(3-己基噻吩)P3HT、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基二甲烷掺杂的聚三羧基胺PTAA：F4-TCNQ；隧穿疏水层还包括聚四氟乙烯PTFE；金属电极包括碳；
所述绝缘保护层：还包括二氧化锆ZrO2、三氧化钼MoO3中的一种或几种；
所述填充保护层：还包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、环氧树脂中的一种或几种；
所述封装胶：还包括紫外固化胶或AB组分胶中的一种或几种；
所述背板：还包括钢化玻璃或含氟柔性基板；
所述互连线：还包括银Ag的导线、导电胶带或箔片。
除了上述三个实施例中所用制备方法，制备隧穿疏水层的方法还可以使用热蒸发法；制备绝缘保护层的制备方法也还包括热蒸发法。但是这些基于本发明的思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下工作的光伏储能一体化装置，包括太阳能电池模组（1）、稳压器（2）、充放电管理组件（3）和储能电池（4），稳压器（2）连接在太阳能电池模组（1）的输出端与充放电管理组件（3）的一个输入端口之间，充放电管理组件（3）的一个输入输出双向端口与储能电池（4）的输入输出双向端口相接，所述太阳能电池模组（1），由多个钙钛矿太阳能电池构成 ，每个钙钛矿太阳能电池包括透明导电衬底（11）、电子传输层（12）、吸光层（13）、空穴传输层（15）和金属电极（16）其特征在于：
每个的钙钛矿太阳能电池还包括隧穿疏水层（14）和双层封装结构（17），用于隔绝外界的水汽进入，保护吸光层（13）不被水分侵蚀分解；所述隧穿疏水层位于钙钛矿层之上；
所述吸光层（13），采用三维钙钛矿与二维钙钛矿的复合材料，以提高疏水性和在水中的稳定性及光电转化效率，其厚度为150-550nm；
所述隧穿疏水层（14），采用聚苯乙烯PS、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氯乙烯-三氟乙烯共聚物PVDF-TrFE和氟硅烷中的一种或多种，其厚度为2-20nm；
所述双层封装结构（17），包括绝缘保护层（171）、填充保护层（172）、背板（173）、封装胶（174）和互连线（175），该绝缘保护层（171）、填充保护层（172）和背板（173）依次叠放在金属电极（16）的上方，该封装胶（174）包裹在透明导电衬底（11）与背板（173）之间所有层的四周，该互连线（175）分别从透明导电衬底（11）和金属电极（16）引出到太阳能电池外部，用于完成钙钛矿太阳能电池间的互联。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括正置结构与倒置结构两种；
所述正置结构，其自下而上包括透明导电衬底（11）、电子传输层（12）、吸光层（13）、隧穿疏水层（14）、空穴传输层（15）、金属电极（16）和双层封装结构（17）；
所述倒置结构，自下而上包括透明导电衬底（11）、空穴传输层（15）、吸光层（13）、隧穿疏水层（14）、电子传输层（12）、金属电极（16）和双层封装结构（17）。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸光层（13）材料中的三维钙钛矿，其分子式ABX3中的不同离子选用如下：
正一价阳离子A，选用甲胺MA+、甲脒FA+、钾K+、铷Rb+、铯Cs+ 中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价金属阳离子B，选用铅Pb2+、锗Ge2+、锡Sn2+ 中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
负一价阴离子X，选用氯Cl-、溴Br-、碘I- 中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸光层（13）材料中的二维钙钛矿，其分子式A1 2An-1BnX3n+1或A2An-1BnX3n+13中的不同离子选用如下：
正一价阳离子A、正二价金属阳离子B、负一价阴离子X这三种离子的选用与三维钙钛矿的选用相同；
正一价有机阳离子A1，选用苯乙胺PEA+、丁胺BA+、乙胺EA+、二甲胺DMA+ 、甲基三乙基铵MTEA+ 、2-噻吩甲基铵ThMA+ 中的任意一种离子及任意几种离子的组合；
正二价有机阳离子A2，选用3-氨甲基哌啶3AMP2+、4-氨甲基哌啶4AMP2+、3-氨甲基吡啶3AMPY2+、4-氨甲基吡啶4AMPY2+、乙二胺EDA2+、N,N-二甲基苯胺DPA2+、丙烷1,3-二铵PDA2+、1,4-丁二胺BDA2+、2,5-二氨甲基噻吩ThDMA2+ 、对亚二甲苯二胺PDMA2+ 、N,N-二甲基乙二胺DMEDA2+ 中的任意一种离子及任意几种离子的组合。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述透明导电衬底（11），其采用氧化铟锡ITO或氟掺杂氧化锡FTO材料中的一种，其厚度为300-600nm；
所述电子传输层（12），其采用二氧化钛TiO2、二氧化锡SnO2、氧化锌ZnO、碳60溶液、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯溶液中的任意一种，其厚度为70-150nm；
所述空穴传输层（15），其采用三苯胺衍生物、聚（3-己基噻吩）P3HT、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基二甲烷掺杂的聚三羧基胺PTAA：F4-TCNQ、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺] PTAA、硫氰酸亚铜硫氰酸亚铜CuSCN、氧化镍NiO中的任意一种，其厚度为50-200nm；
所述金属电极（16），采用金Au、银Ag、铜Cu、碳电极中的一种，其厚度为90-300nm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述绝缘保护层（171）由无机材料构成，其采用氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、二氧化锆ZrO2、三氧化钼MoO3、氮化硅Si3N4中的任一种或任意组合；
所述填充保护层（172）由有机材料构成，其采用聚乙烯辛烯共弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、有机硅树脂中、环氧树脂的任一种或任意组合；
所述背板（173）采用为超白玻璃、钢化玻璃、钠钙玻璃、金属基板或含氟柔性基板的任一种；
所述封装胶（174）采用丁基胶、硅胶、热塑高分子材料、紫外固化胶或AB组分胶的任一种或任意组合；
所述互连线（175）采用金Au、银Ag、铜Cu中的任一种金属制备的金属导线、导电胶带或金属箔片。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能电池（4）采用锂电池、钠电池、镍电池中的一种。
8.一种水下工作的光伏储能一体化装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）制备正置结构的钙钛矿太阳能电池：
1.1）选用透明导电衬底，并进行预处理；
1.2）选用电子传输层材料，采用溶液涂布法在预处理后的衬底上制备电子传输层，再对衬底进行退火处理，得到制备好的电子传输层；
1.3）选用钙钛矿材料，采用一步法或者两步法，将钙钛矿溶液涂布于制备好的电子传输层上，并对涂布后的样件进行退火处理，得到制备好的钙钛矿吸光层；
1.4）选用隧穿疏水层材料，采用溶液涂布法或热蒸发法在制备好的钙钛矿吸光层上制备隧穿疏水层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的隧穿疏水层；
1.5）选用空穴传输层材料，采用溶液涂布法在制备好的隧穿疏水层上制备空穴传输层，得到制备好的空穴传输层；
1.6）选用金属电极材料，使用真空镀膜仪，将金属电极蒸镀在空穴传输层上, 得到制备好的金属电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备；
2）对钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
2.1）选用金属导线或导电胶带或金属箔片用作互连线，并将其固定在制备好的太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
2.2）选用绝缘保护层材料、填充保护层材料和封装胶，使用磁控溅射或原子层沉积ALD或热蒸发法，在预留有接线端口的太阳能电池上制作绝缘保护层，在绝缘保护层上方铺设一层填充保护层材料，并保证与金属电极相连的互连线穿过填充保护层，再在填充保护层的钙钛矿太阳能电池的四周填充封装胶，并保证所有互连线穿过封装胶，得到有封装胶的钙钛矿太阳能电池；
2.3）选用背板，将有封装胶的钙钛矿太阳能电池上下翻转一百八十度后放置于背板上，并按此方法将多个有封装胶的钙钛矿太阳能电池在该背板上排布成阵列，并保证所有互连线都穿过背板到达封装层外部，得到叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列；
2.4）将上述叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列放入加热后的层压机加热板中进行层压，得到层压后的钙钛矿太阳能电池阵列，再将其取出冷却，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列；
3）将双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列的互连线按实际要求进行串并联连接，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组；
4）对双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组与稳压器、充放电管理组件和储能电池互联：
选用稳压器、充放电管理组件和储能电池，通过导线，将稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的一个输入端口之间，将充放电管理组件的一个输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，得到光伏能量存储一体化装置。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，1.1）中对透明导电衬底的预处理，实现如下：
先对透明导电衬底依次使用玻璃清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇溶液、去离子水在50摄氏度温度下超声清洗20min；
再将超声清洗过的透明导电衬底使用氮气吹干玻璃表面，并使用紫外臭氧处理玻璃表面20min，得到预处理后的衬底。
10.一种水下工作的光伏储能一体化装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A）制备倒置结构的钙钛矿太阳能电池：
A.1）选用透明导电衬底，并进行预处理；
A.2）选用空穴传输层材料，采用溶液涂布法在预处理后的衬底上制备空穴传输层，再对衬底进行退火处理，得到制备好的空穴传输层；
A.3）选用钙钛矿材料，采用一步法或者两步法，将钙钛矿溶液涂布于制备好的空穴传输层上，并对涂布后的样件进行退火处理，得到制备好的钙钛矿吸光层；
A.4）选用隧穿疏水层材料，采用溶液涂布法或热蒸发法在制备好的钙钛矿吸光层上制备隧穿疏水层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的隧穿疏水层；
A.5）选用电子传输层材料，采用溶液涂布法在制备好的隧穿疏水层上制备电子传输层，再对该样件进行退火处理，得到制备好的电子传输层；
A.6）选用金属电极材料，使用真空镀膜仪，将金属电极蒸镀在电子传输层上, 得到制备好的金属电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备；
B）对钙钛矿太阳能电池进行双层封装：
B.1）选用金属导线或导电胶带或金属箔片用作互连线，并将其固定在制备好的太阳能电池的透明导电衬底和金属电极上，作为预留的接线端口；
B.2）选用绝缘保护层材料、填充保护层材料和封装胶，使用磁控溅射或原子层沉积ALD或热蒸发法，在预留有接线端口的太阳能电池上制作绝缘保护层，在绝缘保护层上方铺设一层填充保护层材料，并保证与金属电极相连的互连线穿过填充保护层，再在填充保护层的钙钛矿太阳能电池的四周填充封装胶，并保证所有互连线穿过封装胶，得到有封装胶的钙钛矿太阳能电池；
B.3）选用背板，将有封装胶的钙钛矿太阳能电池上下翻转一百八十度后放置于背板上，并按此方法将多个有封装胶的钙钛矿太阳能电池在该背板上排布成阵列，并保证所有互连线都穿过背板到达封装层外部，得到叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列；
B.4）将上述叠放好的钙钛矿太阳能电池阵列放入加热后的层压机加热板中进行层压，得到层压后的钙钛矿太阳能电池阵列，再将其取出冷却，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列；
C）将双层封装好的钙钛矿太阳能电池阵列的互连线按实际要求进行串并联连接，得到双层封装好的钙钛矿太阳能电池模组；
D）选用稳压器、充放电管理组件和储能电池，通过导线，将稳压器连接在太阳能电池模组的输出端与充放电管理组件的一个输入端口之间，将充放电管理组件的一个输入输出双向端口与储能电池的输入输出双向端口相接，得到光伏能量存储一体化装置。
CN202110362994.1A 2021-04-02 2021-04-02 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法 Active CN113097389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110362994.1A CN113097389B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110362994.1A CN113097389B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113097389A CN113097389A (zh) 2021-07-09
CN113097389B true CN113097389B (zh) 2023-02-10

Family

ID=76673836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110362994.1A Active CN113097389B (zh) 2021-04-02 2021-04-02 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113097389B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113999121A (zh) * 2021-10-12 2022-02-01 山西大学 窄带隙、无铅、稳定和光电性能优异的dj二维双钙钛矿
CN115472746B (zh) * 2022-09-14 2024-01-26 云南大学 一种用于水下环境的光伏电池及其制作工艺
CN118042911A (zh) * 2022-11-07 2024-05-14 香港理工大学 压电-光伏集成装置、制备方法及应用
CN117155279B (zh) * 2023-09-12 2024-03-08 西南石油大学 一种太阳能电池的性能测试系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203503747U (zh) * 2011-04-01 2014-03-26 Sakti3有限公司 使用固态可充电电化学单元电池的电动车辆推进系统
CN106949639A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 北京理工大学 水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统
CN110061136A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 西南石油大学 一种背接触式钙钛矿太阳电池及其制备方法
WO2020081696A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-23 Wake Forest University Perovskite lighting systems
CN111129315A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 桂林电子科技大学 一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN111430552A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 杭州纤纳光电科技有限公司 一种钙钛矿光伏组件及其制备方法
CN111509127A (zh) * 2020-05-05 2020-08-07 西南石油大学 一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111816773A (zh) * 2020-06-28 2020-10-23 隆基绿能科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池、叠层电池太阳能电池及加工方法、电池组件
CN111987222A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 西安电子科技大学 基于双钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法
WO2020252584A1 (en) * 2019-06-18 2020-12-24 10644137 Canada Inc. Hybrid-energy apparatus, system, and method therefor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4336442B2 (ja) * 2000-05-23 2009-09-30 キヤノン株式会社 太陽電池モジュール
AU2003902656A0 (en) * 2003-05-29 2003-06-12 Connor, Philip Michael Collector for solar radiation
WO2017160955A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 Nutech Ventures Insulating tunneling contact for efficient and stable perovskite solar cells
KR102622592B1 (ko) * 2018-12-03 2024-01-10 상라오 신위안 웨동 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 태양전지
CN110518122A (zh) * 2019-07-26 2019-11-29 西安电子科技大学 以二维材料为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203503747U (zh) * 2011-04-01 2014-03-26 Sakti3有限公司 使用固态可充电电化学单元电池的电动车辆推进系统
CN106949639A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 北京理工大学 水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统
WO2020081696A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-23 Wake Forest University Perovskite lighting systems
CN110061136A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 西南石油大学 一种背接触式钙钛矿太阳电池及其制备方法
WO2020252584A1 (en) * 2019-06-18 2020-12-24 10644137 Canada Inc. Hybrid-energy apparatus, system, and method therefor
CN111129315A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 桂林电子科技大学 一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN111509127A (zh) * 2020-05-05 2020-08-07 西南石油大学 一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111430552A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 杭州纤纳光电科技有限公司 一种钙钛矿光伏组件及其制备方法
CN111816773A (zh) * 2020-06-28 2020-10-23 隆基绿能科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池、叠层电池太阳能电池及加工方法、电池组件
CN111987222A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 西安电子科技大学 基于双钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Compositional optimization of a 2D–3D heterojunction interface for 22.6% efficient and stable planar perovskite solar cells;Maosheng He等;《J. Mater. Chem. A》;20201120;第8卷;全文 *
界面钝化策略:提高钙钛矿太阳能电池的稳定性;王蕾等;《化学进展》;20200131(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113097389A (zh) 2021-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113097389B (zh) 水下工作的光伏储能一体化装置及其制备方法
CN113097387B (zh) 抗辐照光伏储能一体化装置及其制备方法
Lim et al. A mini review: can graphene be a novel material for perovskite solar cell applications?
Olaleru et al. Perovskite solar cells: The new epoch in photovoltaics
KR102283435B1 (ko) 무정형 물질 및 이의 용도
EP2994946B1 (en) Method of manufacturing photovoltaic device using perovskites
KR101707050B1 (ko) 페로브스카이트계 광흡수층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 광흡수층을 포함하는 페로브스카이트계 태양전지
US8124869B2 (en) Dye-sensitized type solar cell
JP2001076773A (ja) 光電変換素子および光電気化学電池ならびに新規スクアリリウムシアニン色素
JP2001059062A (ja) 光電変換素子および光電気化学電池ならびに金属錯体色素
EP1176618A1 (en) Metal complex dye, photoelectric conversion device and photoelectric cell
CN110112295A (zh) 太阳能电池
EP1293997B1 (en) Imidazolium compounds and electrolytic composition for a dye sensitized solar cell
EP3061142B1 (en) Method of making a photovoltaic device
CN105448524B (zh) 银掺杂有机金属钙钛矿材料、太阳能电池及其制作方法
CN116367686B (zh) 钙钛矿光伏电池、钙钛矿光伏电池组件和用电装置
CN105355790A (zh) 适于生产的低成本钙钛矿太阳能电池
CN208923169U (zh) 一种高稳定性太阳能电池
JP2002241634A (ja) 光電変換素子、光電池及び錯体色素
CN110112299A (zh) 太阳能电池
JP2000277786A (ja) 太陽光発電装置
CN112490365A (zh) 一种叠层太阳能电池及其制备方法
JP2009009851A (ja) 光電変換装置
JP2001060468A (ja) 光電変換素子および光電池ならびに金属錯体色素
JP2001229983A (ja) 光電変換素子及び光電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant