CN114335360B - 一种免划刻大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极，然后在其表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，最后进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池。与现有技术相比，本发明提供的制备方法无需进行P2划刻，避免出现断面损伤，提升了电池的效率；进一步还可在形成第一掩膜区的同时制备第二掩膜区，可避免P3划线。

Description

一种免划刻大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种免划刻大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是一种新型薄膜太阳能电池，与染料敏化电池相比，具有工艺简单、光电转化效率高、制备过程耗能少、便于封装的优点，很适合大面积的生产应用。目前来说，钙钛矿太阳能电池的小面积效率提升特别大，在不足10年间，电池效率已经突破25％，但是相较于电池效率来说，大面积串联组件化进程相对落后。
现阶段，大面积钙钛矿太阳能电池组件的制备主要是通过激光划刻的方法实现的。但是激光划刻过程中会造成钙钛矿烧结，形成钙钛矿断面，该断面有大量的复合中心以及缺陷态，会诱发钙钛矿不断分解退化，同时在钙钛矿电池表面形成火山口结构，不利于后续的薄膜制备。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种免激光划刻的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
S1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；
S2)在形成第一掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并将采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；
S3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；
S4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；
S5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；
S6)采用机械或激光工艺进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池。
本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
A1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区与第二掩膜区，得到形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；所述第二掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层、第二功能层与背电极层的高度和；
A2)在形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；
A3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；
A4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；
A5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；
A6)去除第二掩膜区，得到钙钛矿太阳能电池。
优选的，所述P1通道、第一掩膜区与第二掩膜区的个数相等；所述P1通道、第一掩膜区与第二掩膜区的个数大于等于1。
优选的，所述第一掩膜区的宽度为10～500μm。
优选的，所述第二掩膜区的宽度为50～500μm。
优选的，所述有机不导电浆料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯与丁氰树脂中的一种或多种。
优选的，所述去除第一掩膜区与去除第二掩膜区的方法为机械剥离。
优选的，在形成第一掩膜区或第二掩膜区的时候在一侧印刷有机不导电浆料超出衬底形成预留剥离的位置；所述去除第一掩膜区与去除第二掩膜区的方法为：机械手在预留剥离位置的一侧剥离。
优选的，所述第一功能层与第二功能层各自独立地为空穴传输层或电子传输层，且两者为不同的功能层；所述空穴传输层的厚度为10～200nm；所述空穴传输层的材料选自PTAA、spiro-oMeTAD、PEDOT:PSS、氧化镍或CuSCN；
所述电子传输层的厚度为10～100nm；所述电子传输层的材料选自氧化锡、C60、氧化钛、PCBM、氧化锌与硫化镉中的一种或多种。
优选的，所述钙钛矿吸收层的厚度为100～500nm；所述钙钛矿吸收层的材料为ABX3；其中，A为MA、FA与PEA中的一种或多种；MA为CH3NH3；FA为NH2CHNH2；PEA为C8H9NH3；B为Pb和/或Sn；X为Cl、Br与I中的一种或多种。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：S1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；S2)在形成第一掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；S3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；S4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；S5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；S6)采用机械或激光工艺进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池。与现有技术相比，本发明提供的制备方法无需进行P2划刻，避免出现断面损伤，提升了电池的效率。
进一步，在形成第一掩膜区的同时还制备第二掩膜区，在S6)中无需进行P3划刻，直接采用机械手剥离第二掩膜区即可，进一步提高了电池的效率。
附图说明
图1为本发明单条钙钛矿电池的结构示意图；
图2为本发明大面积钙钛矿电池n个子电池的串联联结示意图；
图3为机械手在预留一侧进行剥离掩膜区的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：S1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；S2)在形成第一掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；S3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；S4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；S5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；S6)采用机械或激光工艺进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极；所述有机不导电浆料优选包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯与丁氰树脂中的一种或多种；所述第一掩膜区的宽度优选为10～500μm，更优选为50～300μm，再优选为100～200μm；所述第一掩膜区的个数大于等于1；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和。
在形成第一掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层；
所述第一功能层可为空穴传输层也可为电子传输层；所述空穴传输层的厚度优选为10～200nm，更优选为10～100nm，再优选为15～80nm，再优选为15～60nm，最优选为15～30nm；所述空穴传输层的材料优选为PTAA、spiro-oMeTAD、PEDOT:PSS、氧化镍或CuSCN；当所述空穴传输层为有机物时，优选为刮涂制备；当所述空穴传输层的材料为氧化镍时，优选采用喷雾热解的方法，即将镍盐溶液喷涂在中间复合层上，烧结，形成空穴传输层；所述镍盐优选为硝酸镍；所述镍盐溶液的浓度优选为0.05～0.3mol/L，更优选为0.1～0.3mol/L，再优选为0.2～0.3mol/L，最优选为0.25mol/L；所述烧结的温度优选为300℃～450℃，更优选为350℃～400℃；所述烧结的时间优选为20～60min，更优选为30～40min。所述电子传输层的厚度优选为10～100nm，更优选为30～80nm，再优选为40～60nm，最优选为50nm；所述电子传输层的材料优选为氧化锡、C60、氧化钛、PCBM、氧化锌与硫化镉中的一种或多种；所述形成电子传输层的方法优选为真空蒸镀。
然后，采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道，即将对应于P1通道的第一功能层区域和透明导电电极区域采用机械或激光工艺去除。在本发明中优选通过激光划刻的方式进行P1划刻，得到划刻P1通道的复合第一功能层和透明导电电极层的衬底；所述激光划刻的频率优选为50～100KHz；激光划刻的能量优选为10～50W，更优选为20～40W，再优选为30W；激光划刻的速度优选为100～500mm/s，更优选为200～400mm/s，再优选为300mm/s；P1通道的宽度优选为10～200μm，更优选为30～100μm，再优选为50～100μm；P1通道的深度优选为500～2000nm，更优选为1000nm；P1通道的个数优选大于等于1；当P1通道的个数大于1时，相邻两个P1通道之间的宽度优选为1～10mm，更优选为3～8mm，再优选为5mm；
在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；所述钙钛矿吸收层的厚度优选为100～500nm，更优选为300～500nm，再优选为350～500nm；所述钙钛矿吸收层的材料优选为ABX3；其中，A为MA、FA与PEA中的一种或多种，更优选为MA和/或FA；MA与FA的摩尔比优选为(0.05～0.5)：(0.95～0.5)，更优选为(0.1～0.3)：(0.9～0.7)，再优选为0.25：0.85；MA为CH3NH3；FA为NH2CHNH2；PEA为C8H9NH3；B为Pb和/或Sn；X为Cl、Br与I中的一种或多种。在本发明中，所述形成钙钛矿吸收层的方法优选为先涂布再退火处理；涂布的溶剂优选为DMF、NMP、2ME、DMSO、DMPU、乙腈与甲胺醇中的一种或多种，更优选为NMP、2ME、DMSO、DMPU、乙腈与甲胺醇中的一种或多种与DMF；NMP、2ME、DMSO、DMPU、乙腈与甲胺醇中的一种或多种与DMF的体积比优选为(2～4)：(6～8)；所述退火处理的温度优选为100℃～150℃；所述退火处理的时间优选为10～60min，更优选为10～40min，再优选为10～20min。
在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；所述第二功能层可为电子传输层也可为空穴传输层，与第一功能层不同即可；所述空穴传输层的厚度优选为10～200nm，更优选为10～100nm，再优选为15～80nm，再优选为15～60nm，最优选为15～30nm；所述空穴传输层的材料优选为PTAA、spiro-oMeTAD、PEDOT:PSS、氧化镍或CuSCN；当所述空穴传输层为有机物时，优选为刮涂制备；当所述空穴传输层的材料为氧化镍时，优选采用喷雾热解的方法，即将镍盐溶液喷涂在中间复合层上，烧结，形成空穴传输层；所述镍盐优选为硝酸镍；所述镍盐溶液的浓度优选为0.05～0.3mol/L，更优选为0.1～0.3mol/L，再优选为0.2～0.3mol/L，最优选为0.25mol/L；所述烧结的温度优选为300℃～450℃，更优选为350℃～400℃；所述烧结的时间优选为20～60min，更优选为30～40min。所述电子传输层的厚度优选为10～100nm，更优选为30～80nm，再优选为40～60nm，最优选为50nm；所述电子传输层的材料优选为氧化锡、C60、氧化钛、PCBM、氧化锌与硫化镉中的一种或多种；所述形成电子传输层的方法优选为真空蒸镀。
去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；去除第一掩膜区的方法优选为机械剥离，具体为采用机械手在预留的一侧剥离；所述背电极层的厚度优选为100～500nm，更优选为200～300nm；所述背电极层优选为Cu；所述背电极层形成的方法优选为真空蒸镀；所述真空蒸镀的速率优选为0.5～2埃/秒，更优选为0.8～1.5埃/秒，再优选为1.1埃/秒；所述真空蒸镀的真空度优选小于1*10-3Pa。
用机械或激光工艺进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池；所述P3划线的个数大于等于1；在本发明中P1通道、第一掩膜区形成的P2通道与P3划线的个数相等，当其均为1个时，得到的为单条钙钛矿太阳能电池；当其均为多个时，通过依次排布的(P1通道、第一掩膜区、P3划线)，(P1通道、第一掩膜区、P3划线)…将大面积钙钛矿组件分成n个子电池，通过串联方式将n个子电池联结。
本发明还提供了另一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：A1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区与第二掩膜区，得到形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；所述第二掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层、第二功能层与背电极层的高度和；A2)在形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；A3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；A4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；A5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；A6)去除第二掩膜区，得到钙钛矿太阳能电池。
其中，在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区、制备第一功能层、P1划线、制备钙钛矿吸收层、制备第二功能层的方法均同上所述，在此不再赘述。
与上述方法不同的是，此方法在制备第一掩膜区的同时也制备第二掩膜区；所述第二掩膜区的宽度优选为50～500μm，更优选为50～300μm，再优选为50～100μm，最优选为70μm；最后去除第二掩膜区形成P3通道；所述去除第二掩膜区的方法优选为机械方法，具体为采用机械手在预留的一侧剥离，参见图3，图3为机械手在预留一侧进行剥离掩膜区的示意图。
在本发明中P1通道、第一掩膜区形成的P2通道与第二掩膜区形成的P3通道的个数相等，当其均为1个时，得到的为单条钙钛矿太阳能电池，参见图1，图1为本发明提供的单条钙钛矿太阳能电池的结构示意图，其中1为玻璃基底，2为FTO或ITO透明导电电极，3为第一功能层，4为P1通道，5为钙钛矿吸收层，6为第二功能层，7为剥离第一掩膜区形成的P2通道，8为背电极，9为剥离第二掩膜区形成的P3通道；当其均为多个时，通过依次排布的(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)，(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)…将大面积钙钛矿组件分成n个子电池，通过串联方式将n个子电池联结，参见图2，图2为本发明提供的大面积钙钛矿电池n个子电池的串联联结示意图，其中1为玻璃基底，2为FTO或ITO透明导电电极，3为第一功能层，4为P1通道，5为钙钛矿吸收层，6为第二功能层，7为剥离第一掩膜区形成的P2通道，8为背电极，9为剥离第二掩膜区形成的P3通道。
本发明提供的制备方法无需进行P2和/或P3划刻，避免出现断面损伤，提升了电池的效率。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供一种免划刻大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)在复合有透明导电电极的衬底一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为100μm的第一掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机丙烯酸树脂不导电浆料；
优选地，在形成第一掩膜区的同一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为70μm的第二掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机丙烯酸树脂不导电浆料；
(3)通过喷雾热解法在步骤(2)结构上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为15nm的NiOx空穴传输层；
(4)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；
(5)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，溶质为MAI，PbI2，其溶质摩尔比为1：1，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为15mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100℃退火20min，得到400nm厚的钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃/秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(7)采用机械手将步骤(1)中的第一掩膜区物理剥离后，通过蒸镀法制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)采用机械手将步骤(1)中的第二掩膜区物理剥离后，形成依次排布的(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)，(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)…将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
实施例2
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)在复合有透明导电电极的衬底一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为100μm的第一掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机聚碳酸酯不导电浆料；
优选地，在形成第一掩膜区的同一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为70μm的第二掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机聚碳酸酯不导电浆料；
(3)通过喷雾热解法在步骤(2)结构上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为15nm的NiOx空穴传输层；
(4)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；(5)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，DMPU，其溶剂体积比为10：0.25，溶质为MAI，PbI2，MACl，其溶质摩尔比为1：1：0.35，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为13mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中150℃退火10min，得到450nm厚的钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃每秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(7)采用机械手将步骤(1)中的第一掩膜区物理剥离后，通过蒸镀法制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)采用机械手将步骤(1)中的第二掩膜区物理剥离后，形成依次排布的(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)，(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)…将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
实施例3
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)在复合有透明导电电极的衬底一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为100μm的第一掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机丁氰树脂不导电浆料；
优选地，在形成第一掩膜区的同一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为70μm的第二掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机丁氰树脂不导电浆料；
(3)通过喷雾热解法在步骤(2)结构上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为15nm的NiOx空穴传输层；
(4)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；
(5)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，DMSO，其溶剂体积比为8：2，溶质为MAI，PbI2，MACl，其溶质摩尔比为1：1：0.35，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为12mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中130℃退火20min，得到500nm厚的钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃/秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(7)采用机械手将步骤(1)中的第一掩膜区物理剥离后，通过蒸镀法制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)采用机械手将步骤(1)中的第二掩膜区物理剥离后，形成依次排布的(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)，(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)…将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
实施例4
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)在复合有透明导电电极的衬底一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为100μm的第一掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机环氧树脂不导电浆料；
优选地，在形成第一掩膜区的同一侧通过丝网印刷法制备一道宽度约为70μm的第二掩膜区，所述丝网印刷所用材料为有机环氧树脂不导电浆料；
(3)通过喷雾热解法在步骤(2)结构上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为30nm的NiOx空穴传输层；
(4)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；
(5)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，2ME，DMSO，其溶剂体积为6：2：2；溶质为FAI，MAI，PbI2，其溶质摩尔比为0.85：0.25：1，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为12mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100℃退火20min，得到350nm厚的钙钛矿活性层；
(6)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃/秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(7)采用机械手将步骤(1)中的第一掩膜区物理剥离后，通过蒸镀法制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)采用机械手将步骤(1)中的第二掩膜区物理剥离后，形成依次排布的(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)，(P1通道、第一掩膜区、第二掩膜区)…将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
对实施例1～4的电池的I-V效率测试按照以下方法进行，得到结果见表1：测试I-V曲线和稳态Jsc是通过太阳光模拟器(7SS1503A，北京模拟AM1.5G的太阳光，光强为100mW/cm2，使用数字源表2400 KeithleyInstruments Inc)记录数据；用NREL校准的硅太阳能电池(Newport Stratford Inc 91150V)校准入射光强度；扫描速率为50mV/s，延迟时间为0.1s；反向扫描是从80V到0V，正向扫描是从0V到80V。
表1不同掩膜区材料及钙钛矿工艺参数对电池性能的影响
Figure BDA0003462899220000121
对比例1
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)通过喷雾热解法在FTO导电玻璃上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为30nm的NiOx空穴传输层；
(3)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；
(4)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，DMSO，其溶剂体积比为8：2，溶质为MAI，PbI2，MACl，其溶质摩尔比为1：1：0.35，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为12mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中130℃退火20min，得到500nm厚的钙钛矿活性层；
(5)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃/秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(6)通过激光划刻的方式进行P2划刻，即将第一功能层、钙钛矿吸收层和第二功能层清除，其中划刻参数为：激光频率50KHz，激光能量20W，划刻速度1000mm/s，P2划刻的深度450nm左右，P2划刻的宽度110μm；
(7)通过蒸镀法在第(6)步骤后制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)通过激光划刻的方式进行P3划刻，即将第一功能层、钙钛矿吸收层、第二功能层和Cu电极清除，其中划刻参数为：激光频率50KHz，激光能量25W，划刻速度700mm/s，P3划刻的深度650nm左右，P3划刻的宽度70 μm；
(9)形成依次排布的(P1通道、P2通道、P3通道)……(P1通道、P2通道、P3通道)将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
对比例2
(1)选择厚度为0.2mm的FTO透明导电玻璃，分别采用去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗30min，之后N2吹干；
(2)通过喷雾热解法在FTO导电玻璃上制备第一功能层，将0.25mol.L-1的NiNO3前驱体溶液进行喷涂，在350℃温度下烧结30min，获得厚度为30nm的NiOx空穴传输层；
(3)在复合有第一功能层和透明导电电极层的衬底上，通过激光划刻的方式进行P1划刻，其中划刻参数为：激光50KHz频率，30W的激光能量，划刻速度300mm/s，两条P1之间的线宽5mm，P1划刻的深度1000nm，P1划刻的宽度50μm；
(4)在第一功能层上通过一步刮涂法制备钙钛矿吸收层，溶剂为DMF，2ME，DMSO，其溶剂体积为6：2：2；溶质为FAI，MAI，PbI2，其溶质摩尔比为0.85：0.25：1，配成质量分数为25％的浆料，进行涂布工艺制备。其刮刀速度为12mm/s，涂布温度为室温，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100℃退火20min，得到350nm厚的钙钛矿活性层；
(5)在钙钛矿吸收层上真空蒸镀制备第二功能层，其中蒸发速率为0.6埃/秒，往返次数8次，真空度<4*10-4Pa，得到50nm左右的C60电子传输层；
(6)通过激光划刻的方式进行P2划刻，即将第一功能层、钙钛矿吸收层和第二功能层清除，其中划刻参数为：激光频率50KHz，激光能量20W，划刻速度1000mm/s，P2划刻的深度450nm左右，P2划刻的宽度110μm；
(7)通过蒸镀法在第(6)步骤后制备Cu背电极，其蒸发速率为1.1埃/秒，真空度<1*10-3Pa，往返15次，制备200nm左右的Cu电极；
(8)通过激光划刻的方式进行P3划刻，即将第一功能层、钙钛矿吸收层、第二功能层和Cu电极清除，其中划刻参数为：激光频率50KHz，激光能量25W，划刻速度700mm/s，P3划刻的深度650nm左右，P3划刻的宽度70 μm；
(9)形成依次排布的(P1通道、P2通道、P3通道)……(P1通道、P2通道、P3通道)将大面积钙钛矿组件分成80个子电池，通过串联方式将80个子电池联结。
按照实施例的检测方法对对比例1～2中得到的电池的性能进行检测，得到结果见表2。
表2激光划刻不同钙钛矿工艺参数对电池性能的影响
Figure BDA0003462899220000141

Claims (6)

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
S1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区，得到形成第一掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；
S2)在形成第一掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；
S3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；
S4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；
S5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；
S6)采用机械或激光工艺进行P3划线，得到钙钛矿太阳能电池；
所述P1通道与第一掩膜区的个数相等；所述P1通道与第一掩膜区的个数大于等于1；
所述第一掩膜区的宽度为10～500μm；
所述去除第一掩膜区的方法为机械剥离。
2.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
A1)在复合透明导电电极层的衬底表面通过丝网印刷有机不导电浆料在透明导电电极层表面制备第一掩膜区与第二掩膜区，得到形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极；所述第一掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层与第二功能层的高度和；所述第二掩膜区的高度高于第一功能层、钙钛矿吸收层、第二功能层与背电极层的高度和；
A2)在形成第一掩膜区与第二掩膜区的透明导电电极表面制备第一功能层，并采用机械或激光工艺进行P1划线形成P1通道；
A3)在第一功能层表面制备钙钛矿吸收层，钙钛矿吸收层通过P1通道与衬底相接触；
A4)在钙钛矿吸收层的表面制备第二功能层；
A5)去除第一掩膜区，形成P2通道，并在第二功能层表面制备背电极层，且背电极层通过P2通道与透明导电电极层相接触；
A6)去除第二掩膜区，得到钙钛矿太阳能电池；
所述P1通道、第一掩膜区与第二掩膜区的个数相等；所述P1通道、第一掩膜区与第二掩膜区的个数大于等于1；
所述第一掩膜区的宽度为10～500μm；
所述第二掩膜区的宽度为50～500μm；
所述去除第一掩膜区与去除第二掩膜区的方法为机械剥离。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机不导电浆料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯与丁氰树脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在形成第一掩膜区或第二掩膜区的时候在一侧印刷有机不导电浆料超出衬底形成预留剥离的位置；所述去除第一掩膜区与去除第二掩膜区的方法为：机械手在预留剥离位置的一侧剥离。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一功能层与第二功能层各自独立地为空穴传输层或电子传输层，且两者为不同的功能层；所述空穴传输层的厚度为10～200nm；所述空穴传输层的材料选自PTAA、spiro-oMeTAD、PEDOT:PSS、氧化镍或CuSCN；
所述电子传输层的厚度为10～100nm；所述电子传输层的材料选自氧化锡、C60、氧化钛、PCBM、氧化锌与硫化镉中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的厚度为100～500nm；所述钙钛矿吸收层的材料为ABX3；其中，A为MA、FA与PEA中的一种或多种；MA为CH3NH3；FA为NH2CHNH2；PEA为C8H9NH3；B为Pb和/或Sn；X为Cl、Br与I中的一种或多种。
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