CN114079009A

CN114079009A - 一种钙钛矿光伏组件及其制备方法

Info

Publication number: CN114079009A
Application number: CN202010842219.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Hangzhou Microquanta Semiconductor Co ltd
Current assignee: Hangzhou Microquanta Semiconductor Co ltd
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-02-22

Abstract

本发明涉及一种钙钛矿光伏组件，使用铝板作为基底，在铝板表面从下至上依次制备了绝缘层、金属电极、第一ITO阻隔层、第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和第二ITO阻隔层，钙钛矿吸光层被上下设置的第一ITO阻隔层和第二ITO阻隔层紧密覆盖，形成自封装结构。本发明还公开该钙钛矿光伏组件的制备方法。本发明制备的钙钛矿光伏组件可实现自封装的功能，具有较好的水汽阻隔性能，无需经过层压受热步骤，具有较好的稳定性，较高的能量转化效率和美观度。

Description

一种钙钛矿光伏组件及其制备方法

技术领域

本发明属于钙钛矿光伏组件制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿光伏组件及其制备方法。

背景技术

以铝板作为背板的钙钛矿光伏组件近年来得到了建筑设计师的广泛关注，由于铝板重量轻，安装简单，符合建筑材料的标准，在建筑光伏一体化的市场上有巨大的商业潜力。目前常用的方法是，将制备好的晶硅组件，使用轻质、柔性的前后背板封装起来，随后使用胶膜与铝板背板层压到一起。这种层压加工方法的缺点是：制备工艺较复杂，需要先制备晶硅组件，经过串并联的方式得到所需工作电压和电流。通常每片晶硅组件的标准尺寸是125mm*125mm或156mm*156mm，无法进行连续大面积膜的制备生产，这对以铝板为基底的钙钛矿光伏组件的美观度的改进是一个巨大的挑战。

钙钛矿太阳能电池由于可在任意基底上制备，并且可以制备大面积的、连续的薄膜，因此在美观度和制作方法上具有比晶硅组件更大的优势。但钙钛矿太阳能电池的稳定性一直都是难以解决的问题，使用于建筑外立面时，电池性能如果难以通过IEC标准，就无法将此类产品推向市场。

现有在铝板上制备钙钛矿组件的封装问题难以解决，直接将双玻钙钛矿组件的后玻璃背板替换为铝板或使用前背板为PVDF/EFTE，后背板为铝板的结构，粘接层为EVA、POE、PVB或PU等阻水性较低的封装胶，无法达到较好的密封性，如果想达到较好的阻水、阻氧性能，需要使用丁基胶产品。使用丁基胶会增加封装成本和影响产品美观度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿光伏组件及其制备方法，使用直接在铝板基底上倒序制备钙钛矿光伏组件的方法，制备的钙钛矿光伏组件可实现自封装的功能，具有较好的水汽阻隔性能，无需经过层压受热步骤，节省了封装材料（EVA类与丁基胶类产品）的费用，具有较好的稳定性，较高的能量转化效率和美观度，使此类以铝板为背板的钙钛矿光伏组件具有美观、价廉、高稳定性、高效率的特点。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿光伏组件，使用铝板作为基底，在铝板表面从下至上依次制备了绝缘层、金属电极、第一ITO阻隔层、第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和第二ITO阻隔层，钙钛矿吸光层被上下设置的第一ITO阻隔层和第二ITO阻隔层紧密覆盖，形成自封装结构。

本发明是这样实现的，还提供一种如前所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，包括如下过程：

先在铝板上使用原子层沉积、等离子体化学气相沉积、蒸镀、溅射、刮涂、喷涂、3D打印和涂布法中任意一种加工方式制备一层绝缘层，再蒸镀或溅射一层金属电极，再用直流溅射法或射频溅射法在金属电极的上方溅射一层第一ITO阻隔层，随后再在第一ITO阻隔层上面蒸镀一层第一载流子传输层，再用喷墨打印法或化学气相沉积法制备钙钛矿吸光层，随后在钙钛矿吸光层上方依次蒸镀一层第二载流子传输层和缓冲层，最后在缓冲层的上方溅射一层第二ITO阻隔层，完成钙钛矿光伏组件的制备。

与现有技术相比，本发明的钙钛矿光伏组件及其制备方法，钙钛矿光伏组件使用铝板作为基底，在铝板表面上从下至上依次制备了绝缘层、金属电极、第一ITO阻隔层、第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和第二ITO阻隔层，下层的第一ITO阻隔层用于保护金属电极不与上层的功能层反应，顶部的第二ITO阻隔层保护钙钛矿吸光层不受外部水汽、氧气的侵蚀。同时，由于现有的在ITO玻璃上制备倒置光伏电池结构（如钙钛矿组件）时，其顺序是制备完钙钛矿吸光层后，制备载流子传输层和ITO阻隔层，通常难以使用直流法制备结晶性能较高的ITO电极（溅射时产生的高能粒子会损伤底部的载流子传输层与钙钛矿吸光层），制备得到的ITO电极无法在高温（大于150℃）下烧结，高温下烧结会造成钙钛矿吸光层的降解，并且无法使用氧气（氧气会和钙钛矿吸光层反应），因为这三个工艺条件会对下方的功能层造成损伤，因此给此类电池结构的稳定性的提升造成了很大的难度。而本发明中使用倒序制备的方法，溅射金属电极上方的第一ITO阻隔层可使用氧气和氩气混合气，较高的溅射功率，不仅能使用对钙钛矿膜损伤较低的射频溅射法，还能使用高能量的直流溅射法，较高的加热结晶温度，因此由以上工艺得到了结晶度较高、高度致密、稳定的ITO保护层。使制备的钙钛矿光伏组件的稳定性得到了进一步的提升。

附图说明

图1为本发明钙钛矿光伏组件一较佳实施例的内部结构截面示意图；

图2为本发明实施例1制备的钙钛矿光伏组件的内部结构截面示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

请参照图1所示，本发明钙钛矿光伏组件的较佳实施例，使用铝板1作为基底，在铝板1表面从下至上依次制备了绝缘层2、金属电极3、第一ITO阻隔层4、第一载流子传输层5、钙钛矿吸光层6、第二载流子传输层7、缓冲层8和第二ITO阻隔层9。钙钛矿吸光层6被上下设置的第一ITO阻隔层4和第二ITO阻隔层9紧密覆盖，形成自封装结构。

所述金属电极3包括金电极、银电极、铜电极、铝电极中任意一种。

本发明还公开一种如前所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，包括如下过程：

先在铝板1上使用原子层沉积、等离子体化学气相沉积、蒸镀、溅射、刮涂、喷涂、3D打印和涂布法中任意一种加工方式制备一层绝缘层2，再蒸镀或溅射一层金属电极3，再用直流溅射法或射频溅射法在金属电极3的上方溅射一层第一ITO阻隔层4。随后再在第一ITO阻隔层4上面蒸镀一层第一载流子传输层5，再用喷墨打印法或化学气相沉积法制备钙钛矿吸光层6。随后在钙钛矿吸光层6上方依次蒸镀一层第二载流子传输层7和缓冲层8，最后在缓冲层8的上方溅射一层第二ITO阻隔层9，完成自封装钙钛矿光伏组件的制备。其中，第一载流子传输层5为电子传输层、第二载流子传输层7为空穴传输层。

在制备第一ITO阻隔层4的过程中还包括将第一ITO阻隔层4置放在温度为150℃~300℃下烧结，使其从无定型态变为结晶态。

具体地以钙钛矿光伏组件为例，所述钙钛矿光伏组件的制备方法包括如下过程：

先在铝板1上使用原子层沉积、等离子体化学气相沉积、蒸镀、溅射、刮涂、喷涂、3D打印和涂布法中任意一种加工方式制备一层绝缘层2，再蒸镀或溅射一层厚度为100nm~150nm的金属电极3，再用直流溅射法或射频溅射法在金属电极3的上方溅射一层第一ITO阻隔层4，厚度为30nm~200nm。随后再在第一ITO阻隔层4上面蒸镀一层第一载流子传输层5，再用喷墨打印法或化学气相沉积法制备钙钛矿吸光层6，再在100℃下烧结1h。随后在钙钛矿吸光层6上方依次蒸镀一层第二载流子传输层7和缓冲层8，最后在缓冲层8的上方溅射一层第二ITO阻隔层9，厚度为200nm~1000nm，完成自封装钙钛矿光伏组件的制备。其中，顶部缓冲层8的作用为防止溅射对底部的第二载流子传输层7以及钙钛矿吸光层6造成损伤。

本发明钙钛矿光伏组件的结构特点在于：

在钙钛矿光伏组件的金属电极3上方沉积第一ITO阻隔层4可保护下层金属电极3不被上层的各功能层腐蚀，提高钙钛矿组件寿命，并且拓宽了上层功能层制备可使用的工艺范围，例如，可以使用含溶剂量较多的溶液沉积钙钛矿吸光层和上下两层载流子传输层。没有第一ITO阻隔层4的保护作用，下层金属电极3容易和上层的钙钛矿吸光层6发生反应，金属电极3被钙钛矿吸光层6腐蚀，引起组件效率衰减。在图1结构中，下层的第一ITO阻隔层4用于保护金属电极3不和钙钛矿吸光层6反应，顶部的第二ITO阻隔层保护钙钛矿吸光层6不受外部水汽、氧气的侵蚀、以及作为该结构中的正极。钙钛矿吸光层6被上下两层ITO阻隔层紧密覆盖，形成一种自封装的结构。而且直接在铝板上制备钙钛矿光伏组件，无需进行高温层压，防止压力和高温下钙钛矿发生分解，提高了钙钛矿光伏组件的稳定性，省去了现有技术中常用的玻璃、昂贵的阻水率较高的PVDF、EFTE聚合物阻隔膜和封装材料（丁基胶、胶膜）的成本，具有巨大的商业应用价值。

下面结合具体实施例来进一步说明本发明钙钛矿光伏组件的制备方法。

实施例1

请参照图2所示，以制备钙钛矿光伏组件为例，其制备方法包括如下过程：

将铝板基底清洗干净后，在其上方用原子层沉积法制备一层氧化铝作为绝缘层，厚度为200nm。随后在氧化铝上方制备一层厚度为150nm的银电极作为金属电极。随后使用射频溅射法在银电极的上方溅射一层第一ITO阻隔层，溅射功率为200W，气氛为Ar/O₂，流量比95:5，气压为0.5Pa，时间为10min。随后将该基底转移加热台上，在250℃下烧结10min。最后在第一ITO阻隔层的表面使用共蒸法蒸镀一层BCP和C60混合物作为第一载流子传输层，厚度为40nm。再使用化学气相沉积法沉积一层MAPbI₃钙钛矿吸光层，再在100℃下烧结1h。再在钙钛矿吸光层上蒸镀一层PEDOT：PSS作为第二载流子传输层，厚度为50nm。随后蒸镀一层MoO₃作为缓冲层，厚度为10nm。最后再用射频溅射法在缓冲层顶部溅射一层第二ITO阻隔层，溅射功率为150W，气氛为Ar，流量为20sccm，溅射气压为0.5Pa，时间为20min，完成钙钛矿光伏组件的制备。

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

1.一种钙钛矿光伏组件，其特征在于，使用铝板作为基底，在铝板表面从下至上依次制备了绝缘层、金属电极、第一ITO阻隔层、第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和第二ITO阻隔层，钙钛矿吸光层被上下设置的第一ITO阻隔层和第二ITO阻隔层紧密覆盖，形成自封装结构。

2.如权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述金属电极包括金电极、银电极、铜电极、铝电极中任意一种。

3.一种如权利要求1或2所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

先在铝板上使用原子层沉积、等离子体化学气相沉积、蒸镀、溅射、刮涂、喷涂、3D打印法和涂布法中任意一种加工方式制备一层绝缘层，再蒸镀或溅射一层金属电极，再用直流溅射法或射频溅射法在金属电极的上方溅射一层第一ITO阻隔层，随后再在第一ITO阻隔层上面蒸镀一层第一载流子传输层，再用喷墨打印法或化学气相沉积法制备钙钛矿吸光层，随后在钙钛矿吸光层上方依次蒸镀一层第二载流子传输层和缓冲层，最后在缓冲层的上方溅射一层第二ITO阻隔层，完成钙钛矿光伏组件的制备。

4.如权利要求3所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，其特征在于，在制备第一ITO阻隔层的过程中还包括将第一ITO阻隔层置放在温度为150℃~300℃下烧结，使其从无定型态变为结晶态。

5.如权利要求3所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，其特征在于，光伏组件为钙钛矿光伏组件，所述钙钛矿光伏组件的制备方法包括如下过程：

先在铝板上使用原子层沉积、等离子体化学气相沉积、蒸镀、溅射、刮涂、喷涂、3D打印法和涂布法中任意一种加工方式制备一层绝缘层，再蒸镀或溅射一层厚度为100nm~150nm的金属电极，再用直流溅射法或射频溅射法在金属电极的上方溅射一层第一ITO阻隔层，厚度为30nm~200nm，随后再在第一ITO阻隔层上面蒸镀一层第一载流子传输层，再用喷墨打印法或化学气相沉积法制备钙钛矿吸光层，再在100℃下烧结1h，随后在钙钛矿吸光层上方依次蒸镀一层第二载流子传输层和缓冲层，最后在缓冲层的上方溅射一层第二ITO阻隔层，厚度为200nm~1000nm，完成钙钛矿光伏组件的制备。

6.如权利要求5所述的钙钛矿光伏组件的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将铝板基底清洗干净后，在其上方用原子层沉积法制备一层氧化铝作为绝缘层，厚度为200nm，随后在氧化铝上方制备一层厚度为150nm的银电极作为金属电极，随后使用射频溅射法在银电极的上方溅射一层第一ITO阻隔层，溅射功率为200W，气氛为Ar/O₂，流量比95:5，溅射气压为0.5Pa，时间为10min，随后将该基底转移加热台上，在250℃下烧结10min；最后在第一ITO阻隔层的表面使用共蒸法蒸镀一层BCP和C60混合物作为第一载流子传输层，厚度为40nm，再使用化学气相沉积法沉积一层MAPbI₃钙钛矿吸光层，再在100℃下烧结1h，再在钙钛矿吸光层上蒸镀一层PEDOT：PSS作为第二载流子传输层，厚度为50nm，随后蒸镀一层MoO₃作为缓冲层，厚度为10nm，最后再用射频溅射法在缓冲层顶部溅射一层第二ITO阻隔层，溅射功率为150W，气氛为Ar，流量为20sccm，溅射气压为0.5Pa，时间为20min，完成钙钛矿钙钛矿光伏组件的制备。