CN114864826A - 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法 - Google Patents

钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114864826A
CN114864826A CN202110151907.8A CN202110151907A CN114864826A CN 114864826 A CN114864826 A CN 114864826A CN 202110151907 A CN202110151907 A CN 202110151907A CN 114864826 A CN114864826 A CN 114864826A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon electrode
electrode layer
porous carbon
layer
porous
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.)
Pending
Application number
CN202110151907.8A
Other languages
English (en)
Inventor
盛余松
严志兵
戴佳坤
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.)
Hubei Wan Guang Light Co ltd
Original Assignee
Hubei Wan Guang Light Co ltd
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 Hubei Wan Guang Light Co ltd filed Critical Hubei Wan Guang Light Co ltd
Priority to CN202110151907.8A priority Critical patent/CN114864826A/zh
Publication of CN114864826A publication Critical patent/CN114864826A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • 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
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/601—Assemblies of multiple devices comprising at least one organic radiation-sensitive element
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法。本发明的钙钛矿太阳能电池包括：第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层，所述第二多孔碳电极层覆盖在所述第一多孔碳电极层的上表面；所述第一多孔碳电极层由含有石墨的第一多孔碳电极层浆料形成，所述第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.2～30μm；所述第二多孔碳电极层由含有石墨的第二多孔碳电极层浆料形成，所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.1～10μm；且所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径小于第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径。本发明钙钛矿太阳能电池能够有效地解决多孔碳电极层起翘的问题。

Description

钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，还涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。
背景技术
近几年，钙钛矿太阳能电池研究风靡全球，目前经权威机构认证的最高电池效率已经突破25％，该效率超过传统薄膜太阳能电池的效率。与其它类型的太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有材料来源广泛、制作工艺简单以及成本低廉等优点。
在各类钙钛矿太阳能电池技术中，可印刷介观钙钛矿太阳能电池以其独特的器件结构以及基于丝网印刷工艺的特点，具备稳定性好、成本低、大面积化生产容易的优点。多孔碳电极层是可印刷介观钙钛矿太阳能电池的关键组成部分。但常用的碳电极附着力较弱，在滴涂钙钛矿前驱液的时候，碳层容易起翘，接触效果变弱，影响了背电极处电荷的提取与传输。
发明内容
有鉴于此，一方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池有效地解决了多孔碳电极层起翘的问题。进一步地，本发明降低了钙钛矿太阳能电池的内阻，提高了钙钛矿太阳能电池的填充因子和光电转化效率。另一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块。再一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。又一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块的制备方法。
一方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，具体为一种可印刷介观钙钛矿太阳能电池。本发明的钙钛矿太阳能电池包括第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层，所述第二多孔碳电极层覆盖在所述第一多孔碳电极层的上表面；
所述第一多孔碳电极层由含有石墨的第一多孔碳电极层浆料形成，所述第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.2～30μm；所述第二多孔碳电极层由含有石墨的第二多孔碳电极层浆料形成，所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.1～10μm；且所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径小于第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径。
根据本发明的一个实施方式，第二多孔碳电极层上表面的形状与第一多孔碳电极层上表面的形状相同。
本发明在第一多孔碳电极层的上表面覆盖了石墨粒径更小的第二多孔碳电极层。第二多孔碳电极层的孔隙更为致密，相互之间的作用力增强，提高了膜层之间的粘附力，在滴涂钙钛矿前驱液的过程中消除了多孔碳电极层因粘附力较弱被溶液浸润而产生起翘的现象。此外，第二多孔电极层具有更低的内阻，提高了钙钛矿太阳能电池的填充因子，提高了钙钛矿太阳能电池的效率。
在本发明中，第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径优选为1～20μm；更优选为5～15μm。
在本发明中，第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径优选为0.3～5μm；更优选为0.5～3μm。这样有助于提高多孔石墨电极层的粘附力，降低多孔石墨电极层的内阻。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述第一多孔碳电极层浆料由包含石墨、炭黑和二氧化锆的原料形成，所述第二多孔碳电极层浆料由包含石墨、炭黑和二氧化锆的原料形成。
本发明的第一多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比可以为(1～6):1:(0.1～1)，优选为(2～4):1:(0.3～0.7)。
本发明的第二多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比可以为(1～6):1:(0.1～1)，优选为(2～4):1:(0.3～0.7)。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述第一多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比为(1～6):1:(0.1～1)，所述第二多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比为(1～6):1:(0.1～1)。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述第二多孔碳电极层的厚度为10～500μm。
在本发明中，第一多孔碳电极层的厚度可以为5～100μm；优选为10～40μm。
在本发明中，第二多孔碳电极层的厚度可以为10～500μm；优选为15～100μm。这样有助于消除多孔碳电极层产生起翘的现象。
本发明的钙钛矿太阳能电池还可以包括多孔绝缘间隔层。第一多孔碳电极层覆盖在多孔绝缘间隔层的上。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述钙钛矿太阳能电池还包括自下至上依次堆叠的透明基底、导电层、致密层、多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层和填充在多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层、第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层孔隙中的钙钛矿；
所述第一多孔碳电极层覆盖在所述多孔绝缘间隔层上。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述导电层具有由刻蚀线形成的绝缘带，从而将透明基底和导电层分为负极区和正极区；
所述致密层覆盖在负极区的导电层的上表面；
所述多孔电子传输层覆盖在致密层的上表面；
所述多孔绝缘间隔层覆盖至整个所述多孔电子传输层，且填充至绝缘带中；
所述第一多孔碳电极层覆盖在介孔绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面；
所述第二多孔碳电极层覆盖在所述第一多孔碳电极层的上表面。
在本发明中，透明基底可以为透明玻璃或透明聚合物。透明聚合物的实例包括但不限于聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物。根据本发明的一个实施方式，透明基底为透明玻璃。
在本发明中，导电层可以由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟形成。根据本发明的一个实施方式，导电层由掺氟氧化锡形成。
在本发明中，致密层可以由二氧化钛形成。
在本发明中，多孔电子传输层具有介孔结构。多孔电子传输层可以由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形成。根据本发明的一个实施方式，多孔电子传输层由二氧化钛形成。
在本发明中，多孔绝缘间隔层具有介孔结构。多孔绝缘间隔层可以由二氧化锆、二氧化硅或氧化铝形成。根据本发明的一个实施方式，多孔绝缘间隔层由二氧化锆形成。
根据本发明的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述导电层由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟形成；所述致密层由二氧化钛形成；所述多孔电子传输层由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形成；所述绝缘间隔层由二氧化锆、二氧化硅或氧化铝形成。
本发明的钙钛矿可以为具有如下结构所示的化合物：
ABX3
其中，A为一价阳离子，其选自甲胺、甲脒或铯中的一种或多种形成的阳离子；B为二价阳离子，其选自铅或锡中的一种或多种形成的阳离子；X为一价阴离子，其选自碘、溴、氯或类卤素中的一种或多种形成的阴离子。类卤素形成的阴离子的实例包括但不限于BF4 -、SCN-。根据本发明的一个实施方式，钙钛矿为CH3NH3PbI3。
另一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块，其包括至少两组上述钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池串联设置。
再一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)在第一多孔碳电极层上印刷第二多孔碳电极层浆料，形成第二多孔碳电极层；
(2)将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层，使钙钛矿前驱液扩散并浸润至第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙中；
所述第二多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素。
第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径可以为0.1～10μm；优选为0.3～5μm；更优选为0.5～2μm。第二多孔碳电极层中石墨的粒径小于第一多孔碳电极层中石墨的粒径。
第二多孔碳电极层的厚度可以为10～500μm；优选为15～100μm；更优选为20～50μm。
在本发明中，可以采用丝网印刷机在第一孔碳电极层上印刷第二多孔碳电极层浆料。印刷后还可以进行烘干和/或烧结的步骤。烧结温度可以为300～600℃；优选为400～550℃。
本发明的第二多孔碳电极层浆料中，以1重量份炭黑为基准，石墨的用量可以为1～6重量份，优选为2～4重量份；乙基纤维素的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；二氧化锆的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；松油醇的用量可以为2～5重量份，优选为3～4重量份。
第二多孔碳电极层浆料的制备方法可以包括如下步骤：将石墨、炭黑和溶剂形成混合物A；将乙基纤维素和松油醇形成的混合物与混合物A混合；将溶剂蒸出，得到第二多孔碳电极层浆料。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
溶剂可以为醇类溶剂。醇类溶剂的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或多种。根据本发明的一个实施方式，溶剂为无水乙醇。
混合物A可以在纳米超声分散仪中形成。纳米超声分散仪的频率可以为10～30KHz；优选为15～25KHz。处理时间可以为70～150min；优选为90～120min。可以采用间歇处理的方式，设置一个循环中工作10～20min，停止7～12min。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
乙基纤维素和松油醇形成的混合物与混合物A可以在纳米超声分散仪中混合。纳米超声分散仪的频率可以为10～30KHz；优选为15～25KHz。处理时间可以为70～150min；优选为90～120min。可以采用间歇处理的方式，设置一个循环中工作10～20min，停止7～12min。优选地，在搅拌的条件下，将乙基纤维素和松油醇形成的混合物加入到混合物A中。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
在本发明中，可以采用滴涂的将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层。钙钛矿前驱液包括钙钛矿和溶剂。钙钛矿的结构如前文所述。溶剂可以选自γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮或二甲亚砜中的一种或多种；优选为γ-丁内酯。钙钛矿前驱体浆料中溶质的质量分数可以为15～45wt％；优选为25～35wt％。
在上述步骤(2)中，在钙钛矿前驱液扩散并浸润至第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙后，还可以进行退火。退火温度可以为50～150℃；优选为50～100℃。在具有多孔电子传输层和多孔绝缘间隔层的钙钛矿电池中，钙钛矿前驱液扩散并浸润至多孔电子传输层和多孔绝缘间隔层的孔隙中。
在本发明中的制备方法中，还可以包括：(A)刻蚀的步骤；(B)形成致密层的步骤；(C)形成多孔电子传输层的步骤；(D)形成多孔绝缘间隔层的步骤；(E)形成第一多孔碳电极层的步骤中的一步或多步。
刻蚀的步骤：在覆盖在透明基底的导电层上刻蚀，形成绝缘带，从而将透明基底和导电层分为正极区和负极区。可以采用激光器进行刻蚀。
形成致密层的步骤：在导电层上喷涂一层致密的二氧化钛薄膜，形成致密层。根据本发明的一个实施方式，在负极区的导电层的上表面喷涂一层致密的二氧化钛薄膜，形成致密层。喷涂可以在300～600℃下进行；优选为400～500℃。
形成多孔电子传输层的步骤：在致密层上印刷多孔电子传输层浆料，形成多孔电子传输层。根据本发明的一个实施方式，在致密层的上表面印刷多孔电子传输层浆料，形成多孔电子传输层。可以采用丝网印刷机印刷。印刷后还可以进行烘干和/或烧结的步骤。烧结温度可以为300～600℃；优选为400～550℃。
形成多孔绝缘间隔层的步骤：在多孔电子传输层上印刷多孔绝缘间隔层浆料，形成多孔绝缘间隔层。根据本发明的一个实施方式，在多孔电子传输层上印刷多孔绝缘间隔层浆料，使多孔绝缘间隔层浆料完全覆盖住多孔电子传输层，并填充至绝缘带中，烘干，形成多孔绝缘间隔层。可以采用丝网印刷机印刷。烘干后还可以进行烧结。烧结温度可以为300～600℃；优选为400～550℃。
形成第一多孔碳电极层的步骤：在多孔绝缘间隔层上印刷第一多孔碳电极层浆料，形成第一多孔碳电极层。根据本发明的一个实施方式，多孔碳绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面印刷第一多孔碳电极层浆料，形成第一多孔碳电极层。可以采用丝网印刷机印刷。印刷后还可以进行烘干和/或烧结的步骤。烧结温度可以为300～600℃；优选为400～550℃。
第一多孔碳电极层浆液中可以包含石墨、炭黑、乙基纤维素、二氧化锆和松油醇。以1重量份炭黑为基准，石墨的用量可以为1～6重量份，优选为2～4重量份；乙基纤维素的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；二氧化锆的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；松油醇的用量可以为2～5重量份，优选为3～4重量份。
第一多孔碳电极层的制备方法可以包括如下步骤：将石墨、炭黑、乙基纤维素、二氧化锆和松油醇混合在一起，形成混合物；将混合物在球磨机中处理，形成第一多孔碳电极层浆料。球磨机转速可以为200～500r/min；优选为250～400r/min。在球磨机中处理的时间可以为10～18h；优选为11～15h。
再一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，其包括如下步骤:
(1)在覆盖在透明基底的导电层上刻蚀N条刻蚀线，形成N个绝缘带，从而将透明基底和导电层分为N个正极区和N个负极区；其中，N为大于等于2的正整数；
(2)在负极区的导电层的上表面形成致密层；
(3)在致密层的上表面形成多孔电子传输层；
(4)在多孔电子传输层上形成多孔绝缘间隔层，使多孔绝缘间隔层覆盖整个多孔电子传输层并填充至绝缘带中；
(5)在多孔绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面印刷第一多孔碳电极层浆料，形成第一多孔碳电极层；
(6)在第一多孔碳电极层的上表面印刷第二多孔碳电极层浆料，形成第二多孔碳电极层；
(7)将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层，使钙钛矿前驱液扩散并浸润至多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层、第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙中；
所述第一多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素；
所述第二多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素。
根据本发明的一个实施方式，钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，其包括如下步骤:
(1)在覆盖在透明基底的导电层上采用激光器刻蚀相互平行的N条刻蚀线，形成N个绝缘带，从而将透明基底和导电层分为N个正极区和N个负极区；其中，N为大于等于2的正整数；
(2)在400～500℃下，在负极区的导电层的上表面喷涂一层致密的二氧化钛薄膜，形成致密层；
(3)在致密层的上表面采用丝网印刷机印刷多孔电子传输层浆料，烘干，然后在400～550℃下烧结，形成多孔电子传输层；
(4)在多孔电子传输层上采用丝网印刷机印刷多孔绝缘间隔层浆料，使多孔绝缘间隔层浆料覆盖整个多孔电子传输层并填充至绝缘带中，烘干，形成多孔绝缘间隔层；
(5)在多孔碳绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面采用丝网印刷机印刷第一多孔碳电极层浆料，烘干，形成第一多孔碳电极层；
(6)在第一多孔碳电极层的上表面上采用丝网印刷机印刷第二多孔碳电极层浆料，使第二多孔碳电极层浆液完全覆盖住第一多孔碳电极层的上表面，烘干，然后在400～550℃下烧结，形成第二多孔碳电极层；
(7)将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层，使钙钛矿前驱液扩散并浸润至多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层、第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙中，然后在50～100℃下退火，得到钙钛矿太阳能电池模块；
所述第一多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素；
所述第二多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素。
第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.2～30μm；优选为1～20μm；优选为5～15μm。
第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.1～10μm；；优选为0.3～5μm；优选为0.5～2μm。
第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径小于第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径。
第一多孔碳电极层的厚度可以为5～100μm；优选为10～40μm。
第二多孔碳电极层的厚度可以为10～500μm；优选为15～100μm。
第一多孔碳电极层浆液中可以包含石墨、炭黑、乙基纤维素、二氧化锆和松油醇。以1重量份炭黑为基准，石墨的用量可以为1～6重量份，优选为2～4重量份；乙基纤维素的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；二氧化锆的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；松油醇的用量可以为2～5重量份，优选为3～4重量份。
第一多孔碳电极层的制备方法可以包括如下步骤：将石墨、炭黑、乙基纤维素、二氧化锆和松油醇混合在一起，形成混合物；将混合物在球磨机中处理，形成第一多孔碳电极层浆料。球磨机转速可以为200～500r/min；优选为250～400r/min。在球磨机中处理的时间可以为10～18h；优选为11～15h。
发明的第二多孔碳电极层浆料中，以1重量份炭黑为基准，石墨的用量可以为1～6重量份，优选为2～4重量份；乙基纤维素的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；二氧化锆的用量可以为0.1～1重量份，优选为0.3～0.7重量份；松油醇的用量可以为2～5重量份，优选为3～4重量份。
第二多孔碳电极层浆料的制备方法可以包括如下步骤：将石墨、炭黑和溶剂形成混合物A；将乙基纤维素和松油醇形成的混合物与混合物A混合；将溶剂蒸出，得到第二多孔碳电极层浆料。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
溶剂可以为醇类溶剂。醇类溶剂的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或多种。根据本发明的一个实施方式，溶剂为无水乙醇。
混合物A可以采用纳米超声分散仪形成。纳米超声分散仪的频率可以为10～30KHz；优选为15～25KHz。处理时间可以为70～150min；优选为90～120min。可以采用间歇处理的方式，设置一个循环中工作10～20min，停止7～12min。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
乙基纤维素和松油醇形成的混合物与混合物A可以在纳米超声分散仪中混合。纳米超声分散仪的频率可以为10～30KHz；优选为15～25KHz。处理时间可以为70～150min；优选为90～120min。可以采用间歇处理的方式，设置一个循环中工作10～20min，停止7～12min。优选地，在搅拌的条件下，将乙基纤维素和松油醇形成的混合物加入到混合物A中。这样有利于原料的分散，从而有助于提高多孔碳电极层的粘附力和降低内阻。
在本发明中，可以采用滴涂的将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层。钙钛矿前驱液包括钙钛矿和溶剂。钙钛矿的结构如前文所述。溶剂可以选自γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮或二甲亚砜中的一种或多种；优选为γ-丁内酯。钙钛矿前驱体浆料中溶质的质量分数可以为15～45wt％；优选为25～35wt％。
附图说明
图1为本发明的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明的钙钛矿太阳能电池模块的结构示意图。
图3为本发明的钙钛矿太阳能电池模块与比较例的钙钛矿太阳能电池模块的实物图；其中，A为比较例1的钙钛矿太阳能电池模块的实物图，B为实施例1的钙钛矿太阳能电池模块的实物图。
如图标记详细如下：
1-透明基底；2-导电层；3-致密层；4-多孔电子传输层；5-多孔绝缘间隔层；6-第一多孔碳电极层；7-第二多孔碳电极层；8-钙钛矿太阳能电池；9-绝缘带。
具体实施方式
以下实施例和比较例中：
透明基底由玻璃形成；导电层由掺氟氧化锡形成；清洁剂为
Figure BDA0002931804080000131
III清洗剂。
实施例1
如图2所示，本实施例的钙钛矿太阳能电池模块由9组钙钛矿太阳能电池8串联形成。如图2所示，透明基底1的尺寸为120×120mm。导电层2覆盖在透明基底1的上表面上。导电层2上具有9条相互平行的刻蚀线，形成9条绝缘带9，从而将透明基底1和导电层2分隔为9个正极区和9个负极区，构成9组钙钛矿太阳能电池8串联的结构。
如图1所示，每组钙钛矿太阳能电池8包括1个正极区和1个负极区的透明基底1和导电层2、致密层3、多孔电子传输层4、多孔绝缘间隔层5、第一多孔碳电极层6、第二多孔碳电极层7和填充在多孔电子传输层4、多孔绝缘间隔层5、第一多孔碳电极层6和第二多孔碳电极层7中的钙钛矿。致密层3覆盖在负极区的导电层2的上表面上。多孔电子传输层4覆盖在致密层3的上表面上。多孔绝缘间隔层5覆盖整个多孔电子传输层4，且填充至绝缘带9中。第一多孔碳电极层6覆盖在多孔绝缘间隔层5的上表面和正极区的导电层2的上表面上。第二多孔碳电极层7覆盖在第一多孔碳电极6的上表面上。钙钛矿填充至多孔电子传输层4、多孔绝缘间隔层5、第一多孔碳电极层6和第二多孔碳电极层7的孔隙中。
本实施例的钙钛矿太阳能电池模块的制备方法如下：
(1)在覆盖在透明基底1(尺寸为120×120mm)的导电层2上采用激光器刻蚀9条相互平行的刻蚀线，形成9条绝缘带9，从而将透明基底1和导电层2分隔为9个正极区和9个负极区，构成9组钙钛矿太阳能电池8串联的结构。刻蚀后的透明基底1和导电层2依次采用洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇超声清洗。
(2)在450℃下，在负极区的导电层2的上表面上喷涂一层致密的二氧化钛薄膜，形成致密层3。
(3)在致密层3的上表面采用丝网印刷机印刷含有二氧化钛的多孔电子传输层浆料，烘干，然后在500℃下烧结，形成多孔电子传输层4。
(4)在多孔电子传输层4上采用丝网印刷机印刷含有二氧化锆的多孔绝缘间隔层浆料，使多孔绝缘间隔层浆料完全覆盖住多孔电子传输层4，并填充至绝缘带9中，烘干，形成多孔绝缘间隔层5。
(5)在多孔碳绝缘间隔层5的上表面和正极区的导电层2的上表面采用丝网印刷机印刷第一多孔碳电极层浆料，烘干，形成第一多孔碳电极层6(厚度为20μm)；
第一多孔碳电极层浆液的制备方法如下：将质量比为3∶1∶0.5∶0.5∶3.5的石墨(平均粒径为10μm)、炭黑、乙基纤维素、二氧化锆和松油醇混合在一起，并加入适量无水乙醇形成混合物；将混合物在转速为300r/min的球磨机中处理12h，使用旋转蒸发仪将无水乙醇蒸发出来，得到第一多孔碳电极层浆料。
(6)在第一多孔碳电极层6的上表面上采用丝网印刷机印刷第二多孔碳电极层浆料，使第二多孔碳电极层浆液完全覆盖住第一多孔碳电极层6的上表面，烘干，然后在500℃下烧结，形成第二多孔碳电极层7(厚度为30μm)；
第二多孔碳电极层浆料的制备方法如下：将质量比为3∶1∶0.5的石墨(平均粒径为1μm)、炭黑和二氧化锆和无水乙醇置于纳米超声分散仪中，采用20KHz频率间歇处理100min(设置一个循环中工作15min，停止10min，共计4个循环)，形成混合物A。然后在搅拌的条件下，向混合物A中加入混合均匀的乙基纤维素和松油醇的混合物(乙基纤维素与松油醇的质量比为0.5∶3.5)，采用纳米超声分散仪超声间歇处理100min(频率为20KHz，设置一个循环中工作15min，停止10min，共计4个循环)。使用旋转蒸发仪将无水乙醇蒸发出来，得到第二多孔碳电极层浆料。
(7)采用滴涂的方法在第二多孔碳电极层7上表面的中间处滴入钙钛矿前驱液(溶质为碘铅甲胺，溶剂为γ-丁内酯，溶质质量分数为30wt％)，钙钛矿前驱液的填充量为0.5ml，静置使钙钛矿前驱液均匀充分扩散并浸润到多孔电子传输层4、多孔绝缘间隔层5、第一多孔碳电极层6和第二多孔碳电极层7的孔隙中，然后在50℃下退火，得到钙钛矿太阳能电池模块。
比较例1
比较例1与实施例1的钙钛矿太阳能电池模块的区别仅在于将第二多孔碳电极层7，替换为第三多孔碳电极层。
比较例1与实施例1的制备方法步骤(1)～(5)和(7)相同，区别在于将步骤(6)替换为步骤(6A)，步骤(6A)具体如下：
(6A)在第一多孔碳电极层的上表面上采用丝网印刷机印刷第三多孔碳电极层浆料，使第三多孔碳电极层浆液完全覆盖住第一多孔碳电极层的上表面，烘干后在500℃下烧结，形成第三多孔碳电极层(厚度为30μm)；
第三多孔碳电极层浆料与第一多孔碳电极浆料相同。
从图3可以看出实施例1的钙钛矿太阳能电池模块的第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层在滴涂钙钛矿前驱液后表面依然平整，比较例1的钙钛矿太阳能电池模块的第三碳电极层在滴涂钙钛矿前驱液的地方有明显起翘。
实验例
采用电流-电压曲线测试方法测试实施例1和比较例1的钙钛矿太阳能电池模块：测试前使用NREL公司的标准硅电池对太阳光模拟器进行校准，使得光强为1个标准太阳光(AM 1.5G，100mW/cm2)。将待测试的钙钛矿太阳能电池模块放置在太阳光模拟器的正中心，设置起始电压为9V，结束电压为-1V，电压步幅为-0.1V，有效面积为6007.5mm2，测试次数为2遍，周期为2min，测试结束后记录相关数据，取平均值，所得结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002931804080000161
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层，所述第二多孔碳电极层覆盖在所述第一多孔碳电极层的上表面；
所述第一多孔碳电极层由含有石墨的第一多孔碳电极层浆料形成，所述第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.2～30μm；所述第二多孔碳电极层由含有石墨的第二多孔碳电极层浆料形成，所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径为0.1～10μm；且所述第二多孔碳电极层浆料中石墨的粒径小于第一多孔碳电极层浆料中石墨的粒径。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一多孔碳电极层浆料由包含石墨、炭黑和二氧化锆的原料形成，所述第二多孔碳电极层浆料由包含石墨、炭黑和二氧化锆的原料形成。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比为(1～6):1:(0.1～1)，所述第二多孔碳电极层浆料中石墨、炭黑和二氧化锆的质量比为(1～6):1:(0.1～1)。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二多孔碳电极层的厚度为10～500μm。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池还包括自下至上依次堆叠的透明基底、导电层、致密层、多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层和填充在多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层、第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层孔隙中的钙钛矿；
所述第一多孔碳电极层覆盖在所述多孔绝缘间隔层上。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述导电层具有由刻蚀线形成的绝缘带，从而将透明基底和导电层分为负极区和正极区；
所述致密层覆盖在负极区的导电层的上表面；
所述多孔电子传输层覆盖在致密层的上表面；
所述多孔绝缘间隔层覆盖至整个所述多孔电子传输层，且填充至绝缘带中；
所述第一多孔碳电极层覆盖在介孔绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面；
所述第二多孔碳电极层覆盖在所述第一多孔碳电极层的上表面。
7.根据权利要求5或6所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述导电层由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟形成；所述致密层由二氧化钛形成；所述多孔电子传输层由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形成；所述绝缘间隔层由二氧化锆、二氧化硅或氧化铝形成。
8.根据权利要求1～7任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在第一多孔碳电极层上印刷第二多孔碳电极层浆料，形成第二多孔碳电极层；
(2)将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层，使钙钛矿前驱液扩散并浸润至第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙中；
所述第二多孔碳电极层的浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素。
9.一种钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，包括至少两组权利要求5～7任一项所述的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池串联设置。
10.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在覆盖在透明基底的导电层上刻蚀N条刻蚀线，形成N个绝缘带，从而将透明基底和导电层分为N个正极区和N个负极区；其中，N为大于等于2的正整数；
(2)在负极区的导电层的上表面形成致密层；
(3)在致密层的上表面形成多孔电子传输层；
(4)在多孔电子传输层上形成多孔绝缘间隔层，使多孔绝缘间隔层覆盖整个多孔电子传输层并填充至绝缘带中；
(5)在多孔绝缘间隔层的上表面和正极区的导电层的上表面印刷第一多孔碳电极层浆料，形成第一多孔碳电极层；
(6)在第一多孔碳电极层的上表面印刷第二多孔碳电极层浆料，形成第二多孔碳电极层；
(7)将钙钛矿前驱液滴入第二多孔碳电极层，使钙钛矿前驱液扩散并浸润至多孔电子传输层、多孔绝缘间隔层、第一多孔碳电极层和第二多孔碳电极层的孔隙中；
所述第一多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素；
所述第二多孔碳电极层浆料中包括石墨、炭黑、二氧化锆、松油醇和乙基纤维素。
CN202110151907.8A 2021-02-03 2021-02-03 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法 Pending CN114864826A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110151907.8A CN114864826A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110151907.8A CN114864826A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114864826A true CN114864826A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82623142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110151907.8A Pending CN114864826A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114864826A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI500719B (zh) 用於導電部件之網印的方法及組合物
CN103441217B (zh) 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法
US7851699B2 (en) Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module
EP1494246A1 (en) Solid electrolyte, photoelectric converter and process for producing the same
JP4659955B2 (ja) 色素増感型太陽電池セルおよびそれを用いた色素増感型太陽電池モジュール、およびそれらの製造方法
JP4659954B2 (ja) 色素増感型太陽電池セルの製造方法及び色素増感型太陽電池モジュールの製造方法
CN1890766A (zh) 电容器用电极
JP2011508946A (ja) 色素増感太陽電池用導電性ガラスおよびその製造方法
CN103718261A (zh) 光电转换元件、其制造方法、电子装置、用于光电转换元件的对电极以及建筑物
JP2005285472A (ja) 光電変換装置
JP2006302530A (ja) 色素増感太陽電池およびその製造方法
EP3427279B1 (en) A solar cell comprising grains of a doped semiconducting material and a method for manufacturing the solar cell
KR101172361B1 (ko) 염료감응 태양전지용 광전극의 제조방법
CN102779904A (zh) 防止晶硅太阳能模块的有害极化和黑线现象发生的方法
US11776763B2 (en) Printable curved-surface perovskite solar cell and preparation method thereof
CN114864826A (zh) 钙钛矿太阳能电池、电池模块及制备方法
JP5364999B2 (ja) 酸化物半導体電極用積層体、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池モジュール
CN113394343B (zh) 一种背入射p-i-n结构钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN109671849B (zh) 用于碳基钙钛矿太阳能电池的介孔碳电极及其制备方法
JP2013140701A (ja) カーボン対極及びこのカーボン対極を備えた色素増感太陽電池
JP5119624B2 (ja) 金属酸化物電極製造用転写体
CN101071830A (zh) 染料敏化太阳电池电极的制备方法
KR102636185B1 (ko) 복수의 다공성 층들 및 다공성 층들을 침투하는 전하 전도성 매질을 포함하는 태양 전지
JP2012248332A (ja) 色素増感型光電変換素子、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールの製造方法
TW202349735A (zh) 包括多個多孔層和穿透該多孔層的電荷傳導介質的太陽能電池

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