CN113497190A - 半透明钙钛矿电池的制备方法和半透明钙钛矿电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及半透明钙钛矿电池的制备方法和半透明钙钛矿电池，制备方法包括以下步骤：在透明基底上沉积透明导电氧化物层；在透明导电氧化物层上沉积第一接触层；在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层；在钙钛矿吸收层上沉积第二接触层；在第二接触层上沉积透明导电电极；在透明导电电极上沉积金属栅线。通过预先沉积透明导电电极再沉积金属栅线，有效的降低了透明导电电极的横向传输电阻，增加透明导电电极的载流子收集能力，无需采用贵金属材料，能够大大降低半透明钙钛矿电池的制备成本。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及半透明钙钛矿电池的制备方法和半透明钙钛矿电池。
背景技术
随着光伏行业的不断发展，占主导地位的硅电池也在其66年的发展历程中迎来了新的挑战。目前晶硅电池的效率已接近了29.4％理论效率极限，量产的PERC电池也突破了23％的效率，如何提突破硅电池的效率极限也就成为了当今学界的研究热点。作为第三代太阳能电池的钙钛矿自2009年发明以来，短短11年间其光电转换效率已经突破25％。由于钙钛矿电池带隙可调的优势，通过带隙的调整使其仅吸收短波段的光，同时搭配半透明的优势与传统硅电池组合制备叠层电池成为了硅电池未来的主要发展方向之一。
现有的半透明钙钛矿电池制备工艺是在空穴传输层或者电子传输层上直接沉积导电电极。为了提高载流子的收集能力，导电电极需要采用贵金属，导致在大面积钙钛矿电池制备时需要消耗大量贵金属，大大提高了制备成本；而当导电电极为低成本的透明导电电极时，较大的横向传输电阻不利于载流子的收集。由上述可知，传统导电电极制备方法不利于钙钛矿电池的产业化。
发明内容
本发明提供一种半透明钙钛矿电池的制备方法，旨在解决传统导电电极制备方法不利于钙钛矿电池的产业化的技术问题。
本发明是这样实现的，一种半透明钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：
在透明基底上沉积透明导电氧化物层；
在所述透明导电氧化物层上沉积第一接触层；
在所述第一接触层上沉积钙钛矿吸收层；
在所述钙钛矿吸收层上沉积第二接触层；
在所述第二接触层上沉积透明导电电极；
在所述透明导电电极上沉积金属栅线。
更进一步地，所述在所述透明导电电极上沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线。
更进一步地，所述在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
在所述透明导电电极上沉积金属种子层，并在所述金属种子层上贴附光刻胶膜，以在所述金属种子层上盖上预设图形的掩模版；
对所述金属种子层上的光刻胶膜进行曝光、烘烤，再去除未被所述光刻胶膜覆盖的光刻胶区域，然后进行退火坚膜；
在覆有光刻胶的金属种子层上沉积金属电极；
撕掉覆盖在金属种子层上的光刻胶膜；
去除所述金属种子层，以得到金属栅线。
更进一步地，所述在所述第二接触层上沉积透明导电电极的步骤，具体包括以下步骤：
在所述第二接触层上通过CVD、热蒸发中的一种方式沉积透明导电电极。
更进一步地，所述透明导电电极的高度在60-80nm范围内，所述金属栅线的高度在40-200mm范围内。
本发明还提供一种半透明钙钛矿电池，由下至上依次设置有：
透明基底；
透明导电氧化物层；
第一接触层；
钙钛矿吸收层；
第二接触层；
透明导电电极；
金属栅线。
更进一步地，所述金属栅线的材料为金、银、铁、铜、铝、锡、铝、镍、锌中的至少一种。
更进一步地，所述金属栅线的高度在40-200mm范围内。
更进一步地，所述透明导电电极的材料为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，银、铜、铝、金中的至少一种。
更进一步地，所述透明导电电极的高度在60-80nm范围内。
本发明的有益效果在于，先是在透明基底上沉积透明导电氧化物层，再在透明导电氧化物层上沉积第一接触层，然后在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层，接着在钙钛矿吸收层上沉积第二接触层，然后在第二接触层上沉积透明导电电极，最后在透明导电电极上沉积金属栅线。通过预先沉积透明导电电极再沉积金属栅线，有效的降低了透明导电电极的横向传输电阻，增加透明导电电极的载流子收集能力，无需采用贵金属材料，能够大大降低半透明钙钛矿电池的制备成本。
附图说明
图1是本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法的流程框图；
图2是本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法的又一流程框图；
图3是本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法的再一流程框图；
图4是本发明提供的经过电镀工艺第一步后的结构示意图；
图5是本发明提供的经过电镀工艺第二步后的结构示意图；
图6是本发明提供的经过电镀工艺第三步后的结构示意图；
图7是本发明提供的经过电镀工艺第四步后的结构示意图；
图8是本发明提供的经过电镀工艺第五步后的结构示意图；
图9是本发明提供采用的掩模版图形的示意图；
图10是本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法的另一流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种半透明钙钛矿电池的制备方法，先是在透明基底上沉积透明导电氧化物层，再在透明导电氧化物层上沉积第一接触层，然后在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层，接着在钙钛矿吸收层上沉积第二接触层，然后在第二接触层上沉积透明导电电极，最后在透明导电电极上沉积金属栅线。通过预先沉积透明导电电极再沉积金属栅线，有效的降低了透明导电电极的横向传输电阻，增加透明导电电极的载流子收集能力，无需采用贵金属材料，能够大大降低半透明钙钛矿电池的制备成本。
本发明提供一种半透明钙钛矿电池的制备方法，参考图1，包括以下步骤：
S100、在透明基底上沉积透明导电氧化物层；
S200、在所述透明导电氧化物层上沉积第一接触层；
S300、在所述第一接触层上沉积钙钛矿吸收层；
S400、在所述钙钛矿吸收层上沉积第二接触层；
S500、在所述第二接触层上沉积透明导电电极；
S600、在所述透明导电电极上沉积金属栅线。
在本实施例中，先是在透明基底上沉积透明导电氧化物层，再在透明导电氧化物层上沉积第一接触层，然后在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层，接着在钙钛矿吸收层上沉积第二接触层，然后在第二接触层上沉积透明导电电极，最后在透明导电电极上沉积金属栅线。对于制备而成的半透明钙钛矿电池而言，通过预先沉积透明导电电极再沉积金属栅线，有效的降低了透明导电电极的横向传输电阻，增加透明导电电极的载流子收集能力，无需采用贵金属材料，能够大大降低半透明钙钛矿电池的制备成本。
其中，在第一接触层为电子传输层时，第二接触层为空穴传输层；在第一接触层为空穴传输层时，第二接触层为电子传输层。
其中，对于透明基底的制备获取过程而言，先将透明基底依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇超声清洗20min，再经高纯氮气吹洗干净后用氧等离子清洗机清洗10min，得到干净的透明基底，接下来再在干净的透明基底上沉积透明导电氧化物层。
其中，对于钙钛矿吸收层的制备获取过程而言，沉积方式可为spining coating、Slot-die coating、Doctor blading以及化学气相沉积(CVD)中的任意一种，通过上述任意一种沉积方式在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层。
具体地，参考图2，所述在所述透明导电电极上沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
S610、在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线。
在本实施例中，在第二接触层上沉积透明导电电极后，再在透明导电电极上通过利用电解原理的电镀方式沉积金属栅线。
更具体地，参考图3，所述在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
S611、在所述透明导电电极上沉积金属种子层，并在所述金属种子层上贴附光刻胶膜，以在所述金属种子层上盖上预设图形的掩模版；
S612、对所述金属种子层上的光刻胶进行曝光、烘烤，再去除未被所述光刻胶膜覆盖的光刻胶区域，然后进行退火坚膜；
S613、在覆有光刻胶的金属种子层上沉积金属电极；
S614、撕掉覆盖在金属种子层上的光刻胶干膜；
S615、去除所述金属种子层，以得到金属栅线。
在此，提供一种电镀工艺的具体实施例：
如图4所示，在透明导电电极6上沉积已成10-20nm左右的金属种子层7，再在金属种子层7上贴附正性的干的光刻胶膜8，接着在此构型上盖上一定图形的掩模版9，所述掩模版9图形如图9所示，图9中的A为镂空部分。如图5所示，采用300-400nm波长的紫外灯对光刻胶膜8进行曝光，并在110℃下烘烤2min，再用旋涂显影液的方式去除未被掩模版9盖住的光刻胶区域，然后在130℃下退火2min进行坚膜。如图6所示，采用热蒸发的方式在上述结构上沉积100nm左右的金属电极。如图7所示，撕掉覆盖在金属种子层7上的光刻胶膜8。如图8所示，采用硝酸和盐酸的混合溶液，用低速旋涂的方式去除金属种子层7，得到高度为45mm，宽度为24mm，电导率为28nΩ/m的金属栅线10。
进一步地，上述金属种子层为铜种子层，则在铜种子层上进行覆膜操作之后，会沉积铜电极，在最后去除铜种子层后，会得到铜栅线。
其中，在上述的电镀过程中，光刻胶膜可为正性或者负性。在对光刻胶膜进行曝光的过程中，曝光设备的波长可采用300-400nm，160-280nm或13.5nm中的一种。
具体地，参考图10，所述在所述第二接触层上沉积透明导电电极的步骤，具体包括以下步骤：
S510、在所述第二接触层上通过CVD、热蒸发中的一种方式沉积透明导电电极。
其中，CVD指的是化学气相沉积工艺。
本发明提供一种半透明钙钛矿电池，参考图8，由下至上依次设置有：
透明基底1；
透明导电氧化物层2；
第一接触层3；
钙钛矿吸收层4；
第二接触层5；
透明导电电极6；
金属栅线10。
具体来说：
所述透明基底1为玻璃，PET，PEN，PEI，PMMA中的至少一种。
所述透明导电氧化物层2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。
所述第一接触层3可以为N型半导体SnO2、TiO2、ZnSnO4、C60、PCBM中的至少一种；也可以为P型半导体Spiro-oMeTad、NiOx、CuSCN、CuPc、PTAA中的至少一种。
所述钙钛矿吸收层4的材料为晶体结构为ABX3型的钙钛矿材料。上述A为Cs+、CH(NH2)2+、CH3NH3+、C(NH2)3+中的至少一种，上述B为Pb2+、Sn2+中的至少一种，上述X为Br-、I-、Cl-中的至少一种。
所述第二接触层5可以为N型半导体SnO2、TiO2、ZnSnO4、C60、PCBM中的至少一种；也可以为P型半导体Spiro-oMeTad、NiOx、CuSCN、CuPc、PTAA中的至少一种。需要说明的是，当第一接触层3为N型半导体时，第二接触层5为P型半导体；当第一接触层3为P型半导体时，第二接触层5为N型半导体。
所述透明导电电极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、银、铜、铝、金中的至少一种。
所述金属栅线10的材料为金、银、铁、铜、铝、锡、铝、镍、锌中的至少一种。
在本实施例中，所述透明导电氧化物层2的高度在100-150nm范围内，所述第一接触层3的高度在20-40nm范围内，所述钙钛矿吸收层4的高度在300-500nm范围内，所述第二接触层5的高度在20-40nm范围内，所述透明导电电极6的高度在60-80nm范围内，所述金属栅线10的高度在40-200mm范围内。
在本发明的半透明钙钛矿电池的制备方法中，先是在透明基底上沉积透明导电氧化物层，再在透明导电氧化物层上沉积第一接触层，然后在第一接触层上沉积钙钛矿吸收层，接着在钙钛矿吸收层上沉积第二接触层，然后在第二接触层上沉积透明导电电极，最后在透明导电电极上沉积金属栅线。通过预先沉积透明导电电极再沉积金属栅线，有效的降低了透明导电电极的横向传输电阻，增加透明导电电极的载流子收集能力，无需采用贵金属材料，能够大大降低半透明钙钛矿电池的制备成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在透明基底上沉积透明导电氧化物层；
在所述透明导电氧化物层上沉积第一接触层；
在所述第一接触层上沉积钙钛矿吸收层；
在所述钙钛矿吸收层上沉积第二接触层；
在所述第二接触层上沉积透明导电电极；
在所述透明导电电极上沉积金属栅线。
2.如权利要求1所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述在所述透明导电电极上沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线。
3.如权利要求2所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述在所述透明导电电极上通过电镀方式沉积金属栅线的步骤，具体包括以下步骤：
在所述透明导电电极上沉积金属种子层，并在所述金属种子层上贴附光刻胶膜，以在所述金属种子层上盖上预设图形的掩模版；
对所述金属种子层上的光刻胶膜进行曝光、烘烤，再去除未被所述光刻胶膜覆盖的光刻胶区域，然后进行退火坚膜；
在覆有光刻胶的金属种子层上沉积金属电极；
撕掉覆盖在金属种子层上的光刻胶膜；
去除所述金属种子层，以得到金属栅线。
4.如权利要求1所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述在所述第二接触层上沉积透明导电电极的步骤，具体包括以下步骤：
在所述第二接触层上通过CVD、热蒸发中的一种方式沉积透明导电电极。
5.如权利要求1至4任一项所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述透明导电电极的高度在60-80nm范围内，所述金属栅线的高度在40-200mm范围内。
6.一种半透明钙钛矿电池，其特征在于，由下至上依次设置有：
透明基底；
透明导电氧化物层；
第一接触层；
钙钛矿吸收层；
第二接触层；
透明导电电极；
金属栅线。
7.如权利要求6所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述金属栅线的材料为金、银、铁、铜、铝、锡、铝、镍、锌中的至少一种。
8.如权利要求7所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述金属栅线的高度在40-200mm范围内。
9.如权利要求6所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述透明导电电极的材料为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、银、铜、铝、金中的至少一种。
10.如权利要求9所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述透明导电电极的高度在60-80nm范围内。
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