CN113178521A - 一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，具体的说是一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计；所述电池模组分为单结、双结和三结电池模组，并且其内部均设有致密层；该致密层位于图案化的钙钛矿层和电子抽取层和空穴抽取层之上，具有很好的连续性和致密性，能在图案化的基底上进行保形生长，实现完整覆盖，并且该致密层具有良好的电子传输特性和导电性，能保证模组串联时电极与导电薄膜之间正常的欧姆接触，通过本发明致密层的引入可以有效地阻碍钙钛矿层与空气以及金属电极的接触，在运用于双结、三结钙钛矿叠层太阳能电池模块组时，致密层的引入可以有效降低隧穿复合层与电极直接接触带来的漏电流，最终获得稳定的钙钛矿太阳能电池模组。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体的说是一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是第三代新型薄膜太阳能电池中效率提升最快的一类电池，在短短的十年左右时间就从初始的3.8％提升至25％以上，而且钙钛矿材料发电成本相较产业化的硅太阳能电池更低，制造工艺也更简单，被认为目前最具商业化的一类太阳能电池。
然而要实现高效率的大面积钙钛矿太阳能电池，必须要克服随着电极面积增大带来的较大串联电阻，会导致器件填充因子随之降低，最终导致大面积器件效率降低。因此在制备更大面积器件的时候通常将整块大面积电池分割成小面积的子电池再通过图案设计串联起来，即串联型的钙钛矿太阳能电池模组，在实际的钙钛矿太阳能电池模组生产中，首先要把透明导电玻璃图案化(P1)，分割成多个小电池，其次是一次性制备整块的抽取层和钙钛矿层，制备完之后需要将抽取层和钙钛矿层一并图案化(P2)，暴露出小部分的底层透明导电电极，随后制备电极，最后将电极图案化(P3)，使得最终形成多块分立子电池串联起来组成的钙钛矿模组，为了提升大面积模组的效率，其器件结构不仅可以是单结钙钛矿的结构，还可以是双结，多结的全钙钛矿叠层结构。
现有技术中，在钙钛矿模组设计过程中，P2的设计往往是将已经制备好的抽取层和钙钛矿层切割开，使得暴露出部分的底层透明导电电极，然而这一步骤同时也会使得切割截面的钙钛矿随之暴露在空气中，电极制备完成之后，导致电极与截面处的钙钛矿层直接接触，由于钙钛矿中卤素容易扩散与电极发生反应，易导致模组的稳定性降低，单结电池钙钛矿直接与电极接触容易导致并联电阻增加，易产生漏电，多结叠层由于隧穿结的存在直接与电极接触容易导致漏电流增加等问题。
因此为了提高大面积高效率钙钛矿电池模块组的稳定性，本发明提出一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，进而获得更稳定的太阳能电池模组，解决了上述技术问题。
发明内容
为了弥补现有技术中在钙钛矿模组设计过程中，P2的设计往往是将已经制备好的抽取层和钙钛矿层切割开，使得暴露出部分的底层透明导电电极，然而这一步骤同时也会使得切割截面的钙钛矿随之暴露在空气中，电极制备完成之后，导致电极与截面处的钙钛矿层直接接触，由于钙钛矿中卤素容易扩散与电极发生反应，易导致模组的稳定性降低，单结电池钙钛矿直接与电极接触容易导致并联电阻增加，易产生漏电，多节叠层由于隧穿结的存在直接与电极接触容易导致漏电流增加等问题，本发明提出一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，衬底上具有若干个串联的钙钛矿太阳能电池，整片钙钛矿电池通过激光刻蚀形成小的子电池左右排列，通过图案化的电极形成左右串联，其中：在抽取层和钙钛矿沉积完成进行的P2刻蚀操作之后，电极沉积之前，设有一层连续且保形的致密层。
优选的，所述电池模组分为单结、双结叠层和三结叠层；所述单结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有导电透明衬底、空穴抽取层、钙钛矿层、电子抽取层、致密层和电极；所述导电透明衬底从受光正面至受光背面依次包括有玻璃和透明导电薄膜；所述双结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层、宽带隙钙钛矿、电子抽取层、隧穿复合层、空穴抽取层、窄带隙钙钛矿、电子抽取层、致密层和电极；所述三结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层、宽带隙钙钛矿、电子抽取层、隧穿复合层、空穴抽取层、中间带隙钙钛矿、电子抽取层、隧穿复合层、空穴抽取层、窄带隙钙钛矿、电子抽取层、致密层和电极。
优选的，所述致密层的制备是在模组制备的P2操作之后，电极制备之前，因此必须在模组的上表面，侧面及P2刻蚀后的沟道保证完整连续覆盖，确保保形生长。
优选的，所述的提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的结构是一层连续的致密层插入到电子抽取层和电极之间。且该层材料为n型半导体，具有电子传输能力，具体材料包括氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钒(V2O5)和氧化锌锡(Zn2SnO4)等一种或多种n型半导体材料，但不限于上述所述的n型半导体材料。
优选的，所述致密层制备于P2操作之后，该层的连续性和保形生长特性导致电极与透明导电衬底无法直接接触，因此该致密层必须具有良好的导电性，能保证电极、致密层和透明导电衬底的结构具有正常欧姆接触，且厚度较薄，不超过100nm。
优选的，所述致密层主要采用n型或p型半导体；所述n型致密层材料的制备方法可通过物理沉积和化学沉积的方法制得；所述致密层材料所利用的物理沉积的方法包括有真空蒸发法、溅射、离子束沉积和脉冲激光沉积；所述致密层材料所利用的化学沉积的方法包括有化学气相沉积、原子层沉积等。
优选的，所述导电透明衬底包括有氧化铟锡(ITO)衬底、掺氟氧化锡(FTO)衬底和氧化铟锌(IZO)衬底。
优选的，所述空穴抽取层包括氧化镍(NiO)、氧化亚铜(Cu2O)、氧化钼(MoO3)、碘化铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、还原氧化石墨烯、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA,poly(triaryl amine))、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Ploy-TPD)一种或多种材料的组合。所述空穴抽取层是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
优选的，所述电子抽取层包括有二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯(C60)、石墨烯和富勒烯类衍生物(PCBM)一种或多种n型半导体材料；所述电子抽取层是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
优选的，所述电池模组还包括有钙钛矿光吸收层；所述钙钛矿光吸收层包含至少一种钙钛矿材料ABX3，即由角共享BX6八面体及位于其空隙的A阳离子构成，其中:A为1价阳离子；B为2价阳离子；X为卤素阴离子。
优选的，其制备过程是通过激光刻蚀将透明导电薄膜图案化，在图案化后的透明导电衬底上制备空穴抽取层、钙钛矿层和电子抽取层，再经过激光刻蚀将整片钙钛矿层和抽取层进行图案化，在图案化的钙钛矿层和抽取层上制备连续的致密层，之后在致密层上制备电极，最终再将电极图案化后实现。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，通过致密层的引入可以有效地阻碍钙钛矿层与空气以及金属电极的接触，满足了导电性的需求，同时有效结合了钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池和大面积电池模块组的优势，在光电效率转换上有明显的提升，为钙钛矿电池的大面积应用提供了思路。
2.本发明所述的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，通过将钙钛矿/钙钛矿叠层以及多结技术引入大面积模块组制备中，致密层可以有效降低隧穿复合层与电极直接接触带来的漏电流，从而得了更高的开路电压和填充因子。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的串联型的钙钛矿太阳能电池模组设计中有无引入致密层的对比流程图；
图2是本发明的单结钙钛矿太阳能电池模块组与引入致密层的单结钙钛矿太阳能电池模块组结构对比示意图；
图3是本发明的双结钙钛矿太阳能电池模块组与引入致密层的双结钙钛矿太阳能电池模块组结构对比示意图；
图4是本发明的多结钙钛矿太阳能电池模块组与引入致密层的多结钙钛矿太阳能电池模块组结构对比示意图；
图5是本发明的200小时前后双85测试稳定性追踪对比折线图。
图中：玻璃1、透明导电薄膜2、空穴抽取层3、钙钛矿层4、宽带隙钙钛矿41、窄带隙钙钛矿42、中间带隙钙钛矿43、电子抽取层5、电极6、致密层7、隧穿复合层8。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，本发明所述的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，衬底上具有若干个串联的钙钛矿太阳能电池，整片钙钛矿电池通过激光刻蚀形成小的子电池左右排列，通过图案化的电极形成左右串联，其中：在抽取层和钙钛矿沉积完成进行的P2刻蚀操作之后，电极沉积之前，设有一层连续且保形的致密层7。
作为本发明的一种实施方式，所述电池模组分为单结、双结叠层和三结叠层；所述单结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有导电透明衬底、空穴抽取层3、钙钛矿层4、电子抽取层5、致密层7和电极6；所述导电透明衬底从受光正面至受光背面依次包括有玻璃1和透明导电薄膜2；所述双结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层3、宽带隙钙钛矿41、电子抽取层5、隧穿复合层8、空穴抽取层3、窄带隙钙钛矿42、电子抽取层5、致密层7和电极6；所述三结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层3、宽带隙钙钛矿41、电子抽取层5、隧穿复合层8、空穴抽取层3、中间带隙钙钛矿43、电子抽取层5、隧穿复合层8、空穴抽取层3、窄带隙钙钛矿42、电子抽取层5、致密层7和电极6。
作为本发明的一种实施方式，所述致密层7的制备是在模组制备的P2操作之后，电极制备之前，因此必须在模组的上表面，侧面及P2刻蚀后的沟道保证完整连续覆盖，确保保形生长。
作为本发明的一种实施方式，所述的提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的结构是一层连续的致密层7插入到电子抽取层5和电极6之间。且该层材料为n型半导体，具有电子传输能力，具体材料包括氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钒(V2O5)和氧化锌锡(Zn2SnO4)等一种或多种n型半导体材料，但不限于上述所述的n型半导体材料。
作为本发明的一种实施方式，所述致密层7制备于P2操作之后，该层的连续性和保形生长特性导致电极6与透明导电衬底无法直接接触，因此该致密层7必须具有良好的导电性，能保证电极6、致密层7和透明导电衬底的结构具有正常欧姆接触，且厚度较薄，不超过100nm。
作为本发明的一种实施方式，所述致密层主要采用n型或p型半导体；所述n型致密层7材料的制备方法可通过物理沉积和化学沉积的方法制得；所述致密层7材料所利用的物理沉积的方法包括有真空蒸发法、溅射、离子束沉积和脉冲激光沉积；所述致密层7材料所利用的化学沉积的方法包括有化学气相沉积、原子层沉积等。
作为本发明的一种实施方式，所述导电透明衬底包括有氧化铟锡(ITO)衬底、掺氟氧化锡(FTO)衬底和氧化铟锌(IZO)衬底。
作为本发明的一种实施方式，所述空穴抽取层3包括氧化镍(NiO)、氧化亚铜(Cu2O)、氧化钼(MoO3)、碘化铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、还原氧化石墨烯、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA,poly(triarylamine))、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Ploy-TPD)一种或多种材料的组合。所述空穴抽取层3是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
作为本发明的一种实施方式，所述电子抽取层5包括有二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯(C60)、石墨烯和富勒烯类衍生物(PCBM)一种或多种n型半导体材料；所述电子抽取层5是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
作为本发明的一种实施方式，所述电池模组还包括有钙钛矿光吸收层；所述钙钛矿光吸收层包含至少一种钙钛矿材料ABX3，即由角共享BX6八面体及位于其空隙的A阳离子构成，其中:A为1价阳离子；B为2价阳离子；X为卤素阴离子。
作为本发明的一种实施方式，其制备过程是通过激光刻蚀将透明导电薄膜图案化，在图案化后的透明导电衬底上制备空穴抽取层3、钙钛矿层4和电子抽取层5，再经过激光刻蚀将整片钙钛矿层4和抽取层进行图案化，在图案化的钙钛矿层4和抽取层上制备连续的致密层7，之后在致密层7上制备电极6，最终再将电极6图案化后实现。
具体工作流程如下：
工作时，通过致密层7设计的目的是防止钙钛矿中的卤素原子的扩散，同时致密层7的引入可以有效地阻碍钙钛矿层4与空气以及金属电极6的接触，满足了导电性的需求，并且有效结合了双结、三结叠层太阳能电池和大面积电池模块组的优势，在光电效率转换上有明显的提升，为钙钛矿电池的大面积应用提供了思路，同时通过将双结叠层以及多结技术引入大面积模块组制备中，致密层7的引入可以有效降低隧穿复合层8与电极6直接接触带来的漏电流，从而得了更高的开路电压和填充因子。
为了验证本发明的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，将致密层引入钙钛矿大面积模块组后，在单结、双结和三结电池模组中的作用，做出如下实验：
实施例1
本实施例1采用图2所示结构制备大面积钙钛矿单结太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽，此为P1。
2.采用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用热蒸发蒸镀一层2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)，厚度大约7nm。
6.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
7.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
8.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2单结钙钛矿太阳能模组，标记为A1。
实施例2
本实施例2采用图2所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽，此为P1。
2.用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.原子层沉积生长一层SnO2作为阻碍钙钛矿扩散致密层，厚度大约20nm。
6.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
7.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
8.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2单结钙钛矿太阳能模组，标记为A2。
实施例3
本实施例3采用图2所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽，此为P1。
2.用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
6.原子层沉积生长一层SnO2作为阻碍钙钛矿扩散致密层，厚度大约20nm。
7.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
8.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2单结钙钛矿太阳能模组，标记为A3。
实施例4
本实施例4采用图3所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿双结叠层太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽，此为P1。
2.采用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层宽带隙钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
6.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
7.采用聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为空穴抽取钱层厚度约20nm。
8.在空穴抽取层上沉积一层窄带隙钙钛矿，厚度大约900nm。
9.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
10.采用热蒸发蒸镀一层2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)，厚度大约7nm。
11.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
12.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
13.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2双结叠层钙钛矿/钙钛矿太阳能模组，标记为B1。
实施例5
本实施例5采用图3所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿双结叠层太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽，此为P1。
2.采用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层宽带隙钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
6.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
7.采用聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为空穴抽取层厚度约20nm。
8.在空穴抽取层上沉积一层窄带隙钙钛矿，厚度大约900nm。
9.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
10.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
11.采用原子层沉积生长一层SnO2作为阻碍钙钛矿扩散致密层，厚度大约20nm。
12.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
13.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2单结钙钛矿太阳能模组，标记为B2。
实施例6
本实施例6采用图4所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿三结太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽。
2.采用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
6.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
7.采用氧化镍(NiO)与PTAA作为空穴抽取层厚度约20nm。
8.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约600nm。
9.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
10.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
11.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
12.采用聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为空穴抽取层厚度约20nm。
13.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约900nm。
14.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
15.采用热蒸发蒸镀一层2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)，厚度大约7nm。
16.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
17.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
18.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2三结钙钛矿/钙钛矿/钙钛矿太阳能模组，标记为C1。
实施例7
本实施例7采用图4所示结构制备大面积钙钛矿/钙钛矿三结太阳能电池模块组，具体制备过程如下：
1.在清洗干净的ITO衬底上用激光刻蚀约100um线宽。
2.采用一层20nm左右的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为空穴抽取层。
3.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约300nm。
4.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
5.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
6.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
7.采用氧化镍(NiO)与PTAA作为空穴抽取层厚度约20nm。
8.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约600nm。
9.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
10.采用原子层沉积在电子抽取层上生长一层SnO2作为致密层，厚度大约30nm。
11.隧穿复合层采用热蒸发蒸镀的Au，厚度为2nm。
12.采用聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为空穴抽取层厚度约20nm。
13.在空穴抽取层上沉积一层钙钛矿，厚度大约900nm。
14.采用热蒸发蒸镀一层富勒烯(C60)作为电子抽取层，厚度大约25nm。
15.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P2。
16.采用原子层沉积生长一层SnO2作为阻碍钙钛矿扩散致密层，厚度大约20nm。
17.最后采用热蒸发蒸镀一层厚度为150nm的Cu作为导电电极。
18.采用激光刻蚀约100um线宽，此为P3。
上述步骤获得的16cm2三结钙钛矿/钙钛矿/钙钛矿太阳能模组，标记为C2。
测试例1
本测试例提供了实施例1-3中A1，A2，A3三块模组的200小时前后双85测试(即在85℃/85％RH的条件下进行老化试验)稳定性追踪对比如图5所示，所得的效率值测试结果见表1。
| 初始效率 | 200小时双85测试后 | |
| A1 | 16.2 | 1.0 |
| A2 | 16.5 | 10.1 |
| A3 | 16.6 | 15.7 |
测试例2
本测试例提供了实施例4-7中B1，B2，C1，C2四块模组的200小时前后双85测试稳定性追踪对比所得的效率值测试结果见表2。
将致密层引入钙钛矿大面积模块组后，在单结、双结和三结电池模组上实现了16.6％、18.5％和17.3％的效率，模组有效面积为16cm2，经双85测试200小时后分别依旧能保持15.7％、17.9％和17.0％的效率，表现出优异的湿热稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (11)
1.一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：衬底上具有若干个串联的钙钛矿太阳能电池，整片钙钛矿电池通过激光刻蚀形成小的子电池左右排列，通过图案化的电极形成左右串联，其中：在抽取层和钙钛矿沉积完成进行的P2刻蚀操作之后，电极沉积之前，设有一层连续且保形的致密层(7)。
2.根据权利要求1所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述电池模组分为单结、双结叠层和三结叠层；所述单结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有导电透明衬底、空穴抽取层(3)、钙钛矿层(4)、电子抽取层(5)、致密层(7)和电极(6)；所述导电透明衬底从受光正面至受光背面依次包括有玻璃(1)和透明导电薄膜(2)；所述双结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层(3)、宽带隙钙钛矿(41)、电子抽取层(5)、隧穿复合层(8)、空穴抽取层(3)、窄带隙钙钛矿(42)、电子抽取层(5)、致密层(7)和电极(6)；所述三结电池模组从受光正面至受光背面依次包括有透明导电衬底、空穴抽取层(3)、宽带隙钙钛矿(41)、电子抽取层(5)、隧穿复合层(8)、空穴抽取层(3)、中间带隙钙钛矿(43)、电子抽取层(5)、隧穿复合层(8)、空穴抽取层(3)、窄带隙钙钛矿(42)、电子抽取层(5)、致密层(7)和电极(6)。
3.根据权利要求2所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述致密层(7)的制备是在模组制备的P2操作之后，电极制备之前，因此必须在模组的上表面，侧面及P2刻蚀后的沟道保证完整连续覆盖，确保保形生长。
4.根据权利要求3所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计：其特征在于：所述的提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的结构是一层连续的致密层(7)插入到电子抽取层(5)和电极(6)之间。且该层材料为n型半导体，具有电子传输能力，具体材料包括氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钒(V2O5)和氧化锌锡(Zn2SnO4)等一种或多种n型半导体材料，但不限于上述所述的n型半导体材料。
5.根据权利要求4所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计：其特征在于：所述致密层(7)制备于P2操作之后，该层的连续性和保形生长特性导致电极(6)与透明导电衬底无法直接接触，因此该致密层(7)必须具有良好的导电性，能保证电极(6)、致密层(7)和透明导电衬底的结构具有正常欧姆接触，且厚度较薄，不超过100nm。
6.根据权利要求5所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述致密层主要采用n型或p型半导体；所述n型致密层(7)材料的制备方法可通过物理沉积和化学沉积的方法制得；所述致密层(7)材料所利用的物理沉积的方法包括有真空蒸发法、溅射、离子束沉积和脉冲激光沉积；所述致密层(7)材料所利用的化学沉积的方法包括有化学气相沉积、原子层沉积等。
7.根据权利要求6所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述导电透明衬底包括有氧化铟锡(ITO)衬底、掺氟氧化锡(FTO)衬底和氧化铟锌(IZO)衬底。
8.根据权利要求7所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述空穴抽取层(3)包括氧化镍(NiO)、氧化亚铜(Cu2O)、氧化钼(MoO3)、碘化铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、还原氧化石墨烯、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA,poly(triaryl amine))、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Ploy-TPD)一种或多种材料的组合。所述空穴抽取层(3)是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
9.根据权利要求8所述一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述电子抽取层(5)包括有二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯(C60)、石墨烯和富勒烯类衍生物(PCBM)一种或多种n型半导体材料；所述电子抽取层(5)是通过但不局限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂和刮涂方法制得。
10.根据权利要求9所述的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：所述电池模组还包括有钙钛矿光吸收层；所述钙钛矿光吸收层包含至少一种钙钛矿材料ABX3，即由角共享BX6八面体及位于其空隙的A阳离子构成，其中:A为1价阳离子；B为2价阳离子；X为卤素阴离子。
11.根据权利要求10所述的一种提高钙钛矿太阳能电池模组稳定性的设计，其特征在于：其制备过程是通过激光刻蚀将透明导电薄膜图案化，在图案化后的透明导电衬底上制备空穴抽取层(3)、钙钛矿层(4)和电子抽取层(5)，再经过激光刻蚀将整片钙钛矿层(4)和抽取层进行图案化，在图案化的钙钛矿层(4)和抽取层上制备连续的致密层(7)，之后在致密层(7)上制备电极(6)，最终再将电极(6)图案化后实现。
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