CN115802773A - 一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备 - Google Patents

一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备 Download PDF

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CN115802773A
CN115802773A CN202111058071.3A CN202111058071A CN115802773A CN 115802773 A CN115802773 A CN 115802773A CN 202111058071 A CN202111058071 A CN 202111058071A CN 115802773 A CN115802773 A CN 115802773A
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陈小连
王硕
苏文明
骆群
辛凯
刘云峰
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Abstract

本申请公开了一种太阳能电池器件及其制造方法，太阳能电池器件可以包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的光吸收层，其中第一电极包括第一导电网格，第二电极包括第二导电网格，导电网格可以具有较高的透光度以及较小的方阻，相比于单纯的采用薄层金属或透明导电氧化物等电极而言，第一电极和第二电极更利于光电荷的收集，提高太阳能电池器件的光电转换效率。

Description

一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备。
背景技术
有机太阳能电池具有轻质、低成本、柔性化、半透明、可实现大面积等特性，在未来的多功能自供电、建筑光伏一体化等方面展现了广阔的应用前景。而随着科技的不断发展和智能时代的到来，大面积半透明有机薄膜太阳能电池有望成为自供电产品的重要部件，并成为研究热点。例如智能眼镜、终端显示屏可以设置有机太阳能电池实现自供电。
在大面积光伏领域，透明/半透明电极具有举足轻重的作用，直接影响器件的电荷收集，进而影响器件的光电转换效率，如何通过优化电极来有效提高大面积薄膜太阳能电池的光电转换效率，是本领域重要的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备，以提高器件的光电转换效率。
本申请实施例的第一方面，提供了一种太阳能电池，包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的光吸收层，其中第一电极包括第一导电网格，第二电极包括第二导电网格，导电网格可以具有较高的透光度以及较小的方阻，相比于单纯的采用薄层金属或透明导电氧化物等电极而言，第一电极和第二电极更利于光电荷的收集，提高太阳能电池器件的光电转换效率。
在一些可能的实施方式中，所述第一电极还包括第一导电修饰层，所述第一导电修饰层设置在所述第一导电网格朝向所述光吸收层的一侧；和/或，所述第二电极还包括第二导电修饰层，所述第二导电修饰层设置在所述第二导电网格朝向所述光吸收层的一侧。
本申请实施例中，可以在第一电极中设置第一导电修饰层，用于对第一导电网格朝向光吸收层的一侧界面进行修饰，增加第一电极的表面平整度，提高器件性能。
在一些可能的实施方式中，所述第一导电修饰层和/或所述第二导电修饰层的材料为以下材料的至少一种：透明导电氧化物、薄层金属、导电聚合物、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯。
本申请实施例中，第一导电修饰层和第二导电修饰层可以为导电性较好的材料，且一些材料利用透明导电氧化物还可以降低电极和光吸收层的界面势垒，增加载流子收集效率。
在一些可能的实施方式中，所述第一电极和所述光吸收层之间设置有第一载流子传输层，和/或，所述第二电极和所述光吸收层之间设置有第二载流子传输层。
本申请实施例中，还可以设置第一载流子传输层和/或第二载流子传输层，第一载流子传输层中的一个为电子传输层，另一个为空穴传输层，用于传输相应的载流子，同时降低电极和光吸收层之间的势垒，利于载流子收集。
在一些可能的实施方式中，所述第一电极为底电极，所述第二电极还包括导电胶，所述导电胶设置在所述第二导电网格朝向所述光吸收层的一侧。
本申请实施例中，第二电极还可以包括导电胶，导电胶可以保证两侧的膜层的密切机械接触和电气接触，提高器件性能和可靠性。
在一些可能的实施方式中，所述第二电极和所述光吸收层之间的第二载流子传输层为空穴传输层，所述导电胶的材料为山梨糖醇D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS。
本申请实施例中，导电胶的材料为山梨糖醇D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS，在保证两侧的膜层的密切机械接触和电气接触的同时，还具有较高的空穴传输性能，利于载流子收集。
在一些可能的实施方式中，所述第一电极远离所述光吸收层的一侧设置有第一光子晶体层，和/或，所述第二电极远离所述光吸收层的一侧设置有第二光子晶体层。
本申请实施例中，还可以设置光子晶体层，用于对光进行选择，提高光的利用率，进而提高器件性能。
在一些可能的实施方式中，所述第一导电网格和/或所述第二导电网格的材料包括金属材料和导电高分子材料中的至少一种。
本申请实施例中，第一导电网格和第二导电网格的材料可以为导电性较好的材料，利于载流子收集。
本申请实施例第二方面，提供了一种太阳能电池器件的制造方法，包括：
在第一基底上形成第一电极；所述第一电极包括第一导电网格；
在所述第一电极上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成第二电极；所述第二电极包括第二导电网格。
在一些可能的实施方式中，所述在第一基底上形成第一电极，包括：在第一基底上形成第一导电网格，在所述第一导电网格上形成第一导电修饰层；和/或，
所述在所述光吸收层上形成第二电极，包括：在所述光吸收层上形成第二导电修饰层，在所述第二导电修饰层上形成第二导电网格。
在一些可能的实施方式中，所述第一导电修饰层和/或所述第二导电修饰层的材料为以下材料的至少一种：透明导电氧化物、薄层金属、导电聚合物、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯。
在一些可能的实施方式中，在所述第一电极上形成光吸收层之前，还包括：在所述第一电极上形成第一载流子传输层；和/或，
在所述光吸收层上形成第二电极之前，还包括：在所述光吸收层上形成第二载流子传输层。
在一些可能的实施方式中，在所述光吸收层上形成第二导电网格之前，还包括：
在所述光吸收层上形成导电胶。
在一些可能的实施方式中，所述第二电极和所述光吸收层之间的第二载流子传输层为空穴传输层，所述导电胶的材料为D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS。
在一些可能的实施方式中，所述方法还包括：
在所述第一电极远离所述光吸收层的一侧形成第一光子晶体层，和/或，在所述第二电极远离所述光吸收层的一侧形成第二光子晶体层。
在一些可能的实施方式中，所述第一导电网格和/或所述第二导电网格的材料包括金属材料和导电高分子材料中的至少一种。
本申请实施例第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的太阳能电池器件，所述太阳能电池器件用于为所述电子设备供电。。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备，太阳能电池器件可以包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的光吸收层，其中第一电极包括第一导电网格，第二电极包括第二导电网格，导电网格可以具有较高的透光度以及较小的方阻，相比于单纯的采用薄层金属或透明导电氧化物等电极而言，第一电极和第二电极更利于光电荷的收集，提高太阳能电池器件的光电转换效率。
附图说明
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。
图1-图11为本申请实施例提供的太阳能电池器件的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种太阳能电池器件的制造方法的流程图；
图13-19为本申请实施例提供的太阳能电池器件的制造过程中的器件结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种太阳能电池器件及其制造方法、电子设备，以提高器件的光电转换效率。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
在大面积的太阳能电池器件中，电极的面积也较大，电极的方阻对器件的光电转换效率影响较明显，因此降低电极的方阻利于器件的电荷收集，提高太阳能电池器件的效率。目前大部分的半透明太阳能电池器件的顶电极为薄层金属，薄层金属可以通过热蒸发的方式沉积得到，但是薄层金属导电性差、阻抗大，不利于顶电极电荷的有效收集，且透光率低。例如底电极为透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)，顶电极为薄层银，底电极与顶电极薄膜方阻之和约在20Ω/□的量级，对于柔性基底下的TCO材料薄膜方阻更大，在100Ω/□以上的量级，在大面积半透明薄膜太阳能电池器件中，薄膜电阻损耗大，从而使得器件效率低下，不满足制备高效率大面积半透明薄膜单电池器件的需求。
近年来，碳纳米管、石墨烯、金属纳米线和导电聚合物等材料在柔性透明顶电极上得到应用，但上述材料在导电性方面也不能满足大面积薄膜太阳能电池的需求。
基于以上技术问题，本申请实施例提供了一种太阳能电池器件及其制造方法，太阳能电池器件可以包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的光吸收层，其中第一电极包括第一导电网格，第二电极包括第二导电网格，导电网格可以具有较高的透光度以及较小的方阻，相比于单纯采用的薄层金属或透明导电氧化物电极而言，第一电极和第二电极更利于光电荷的收集，提高太阳能电池器件的光电转换效率。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
参考图1-图11所示，为本申请实施例提供的太阳能电池器件的结构示意图，太阳能电池器件可以包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的光吸收层130，其中光吸收层130吸收光子后受激发产生电子空穴对，电子和空穴作为光生载流子可以分别向第一电极和第二电极传输，从而实现对外供电。
利用本申请实施例提供的太阳能电池器件具有较高的性能，可以用于智能设备，例如可以用于如智能眼镜、智能护目镜、AR/VR、智能手表/手环、头戴式耳机等智能可穿戴类设备镜片或显示屏或透明外壳，或手机、平板、笔记本等智能消费电子类设备显示屏、或透明外壳等，以及其他汽车、建筑、物联网等场景应用。
第一电极包括第一导电网格112，第二电极包括第二导电网格152，导电网格具有高的导电性和透光性，基于纳米压印技术的透明金属网格也具有优异的透光性以及导电性，因此第一导电网格112和第二导电网格152可以兼顾导电性和透光性。第一导电网格112和第二导电网格152的网格形状可以为多边形或随机网格，多边形可以包括正方形、六边形、菱形等，第一导电网格112和第二导电网格152可以具有相同的网格形状，也可以具有不同的网格形状；第一导电网格112和第二导电网格152的材料可以包括金属和导电高分子中的至少一种，可选的，金属可以包括银、铜、镍、金等中的一种或多种组合，例如金属网格的材料为银和铜中的至少一种，第一导电网格112和第二导电网格152可以具有相同的材料，也可以具有不同的材料。
本申请实施例中，光吸收层130的可以为有机层、钙钛矿层或量子点层等，其中有机光吸收层130包括至少一种电子给体和至少一种电子受体材料的两元或多元共混薄膜，电子给体材料可以为聚合物PTB7-Th、PBDB-T、PM6、D18及衍物中的至少一种，电子受体材料可为PCBM、ITIC、Y6材料及衍生物等中的至少一种，光吸收层130为钙钛矿层时，材料可以包括甲胺铅碘、甲脒铅碘、铯铅碘以及多种复合阳离子和复合阴离子的三维、二维钙钛矿中的一种或多种，光吸收层130为量子点层时，材料可包括上述的钙钛矿量子点、硫(硒)化铅、硫化镉、磷化铟等。例如光吸收层130的材料为P3HT:PC61BM。
光吸收层130需要接受光照，参考图1所示，光可以通过第一电极照射到光吸收层130，也可以通过第二电极照射到光吸收层130，因此第一电极和第二电极中的至少一个为透明电极，以保证光照的顺利通过，而无需透光的那侧电极，可以设置为透明电极或半透明电极。
也就是说，本申请实施例中的太阳能电池中的两个电极均包括导电网格，导电网格兼具高透光性和高导电性，使两个电极的方阻之和足够小，相比于其他方阻较大的电极，包括导电网格的电极有利于减小大面积电池器件的电阻损耗，因此包括导电网格的两个电极对载流子的提取效率较高，有助于降低电池器件有效面积放大对短路电流、填充因子的影响，利于提高器件光电转换效率，能够满足大面积薄膜太阳能电池器件的要求。其中方阻为单位面积的电阻。
本申请实施例中，第一电极和光吸收层130之间还可以设置有第一载流子传输层120，同时，第二电极和光吸收层130之间还可以设置有第二载流子传输层140。或者，仅第一电极和光吸收层130之间设置有第一载流子传输层120；或者，仅第二电极和光吸收层130之间设置有第二载流子传输层140。参考图2-图11所示，第一载流子传输层120和第二载流子传输层140的其中之一为电子传输层，另一个为空穴传输层，在仅设置第一载流子传输层120，而不设置第二载流子传输层140时，第一载流子传输层120为电子传输层或空穴传输层，在仅设置第二载流子传输层140而不设置第一载流子传输层120时，第二载流子传输层140为电子传输层或空穴传输层，也就是说，光吸收层130在产生电子空穴对后，通过电子传输层传输电子至第一电极或第二电极，通过空穴传输层传输空穴至第二电极或第一电极。其中，电子传输层包括n型金属氧化物、共轭及非共轭的聚合物或小分子，例如PFN、PDINO或PEI及衍生物等，或者氧化锌(ZnO)或氧化钛(TiO2)等；空穴传输层包括p型金属氧化物、共轭及非共轭的聚合物或小分子，例如PEDOT:PSS、PTAA或spiro-OMeTAD等，或者氧化钼(MoO3)或氧化镍(NiOx)等。电子传输层的厚度范围可以为30～100nm，空穴传输层的厚度范围可以为10～50nm。
以上的第一电极、光吸收层130和第二电极可以设置在第一基底100上，第一基底100可以是透明基底。具体的，本申请实施例中将第一电极作为底电极进行说明，即从第一基底100向上依次可以为第一电极、光吸收层130和第二电极，参考图1所示，在太阳能电池器件包括第一载流子传输层120和第二载流子传输层140，从第一基底100向上依次可以为第一电极、第一载流子传输层120、光吸收层130、第二载流子传输层140、第二电极，参考图2所示。太阳能电池器件的顶部还可以设置第二基底160，第二基底160用于承载第二电极，在第一电极作为底电极时，第二基底160位于第二电极上，参考图7和图8所示。第二基底160可以为透明基底。在第一电极、第一载流子传输层120、光吸收层130、第二载流子传输层140、第二电极中相邻两个膜层之间可以设置有界面修饰材料，用于修饰界面。
第一导电网格112可以嵌入透明胶质层111中，利于第一导电网格112的固定，透明胶质层111可以是从液态固化后形成的胶质材料，包括但不限于热塑性高分子聚合物、光固化或热固化聚合物等。第二导电网格152也可以嵌入透明胶质层151中，利于第二导电网格152的固定，透明胶质层151可以是从液态固化后形成的胶质材料，包括但不限于热塑性高分子聚合物、光固化或热固化聚合物等。
第一电极还可以包括第一导电修饰层113，第一导电修饰层113设置于第一导电网格112朝向光吸收层130的一侧，并与第一导电网格112电连通，参考图3所示，第一导电修饰层113降低第一导电网格112的栅线与透明胶质层111之间的台阶以及第一电极的表面粗糙度，利于在第一电极上形成平整的膜层。
相应的，第二电极还可以包括第二导电修饰层153，第二导电修饰层153设置于第二导电网格152朝向光吸收层130的一侧，并与第二导电网格152电连通，参考图3所示，第二导电修饰层153降低第二电极朝向光吸收层130的表面的粗糙度，即降低了第二导电网格152的栅线和透明胶质层151之间的台阶以及朝向光吸收层的表面的粗糙度，利于第二电极与光吸收层130或第二载流子传输层140之间形成良好的界面，且在第二电极转印过程中，第二导电修饰层153使第二导电网格152不至于破坏第二载流子传输层140或光吸收层130，对第二电极层下的膜层起到保护作用。第一导电修饰层113和第二导电修饰层153可以同时存在，也可以仅存在其中之一。
本申请实施例中，第一电极可以包括第一导电网格，且第二电极包括第二导电网格；或者，第一电极包括第一导电网格，且第二电极包括第二导电网格和第二导电修饰层；或者，第一电极包括第一导电网格和第一导电修饰层，且第二电极包括第二导电网格；或者第一电极包括第一导电网格和第一导电修饰层，且第二电极包括第二导电网格和第二导电修饰层。
其中，第一导电修饰层113的材料可以为透明导电氧化物、金属纳米线、导电聚合物、碳基材料、薄层金属等中的至少一种。其中，透明导电氧化物可以包括氧化铟锡(indiumtin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)或氧化氟锡(fluorine-doped tinoxide，FTO)等，透明导电氧化物本身可以单独作为电极，作为第一导电修饰层113可以同时降低界面粗糙度且保证第一电极的导电性和对第一载流子传输层120上光生载流子的平面收集能力，此外，透明导电氧化物和其上的第一载流子传输层120的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第一电极的电荷提取效率更高；薄层金属中的金属可以为单一材料，也可以为多种金属的合金，例如银、铜、镍、金、锡、铝、铂等中的一种或多种，薄层金属本身可以单独作为电极，作为第一导电修饰层113可以同时降低界面粗糙度且保证第一电极的导电性，此外，薄层金属和其上第一载流子传输层120的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第一电极的电荷提取效率更高；导电聚合物可以提高有源层的润湿性，利于在其上成膜，然而导电聚合物的导电性和透光性不可兼得，导电聚合物例如PEDOT：PSS或其掺杂改性混合物，通常来说，空穴传输能力较强的导电聚合物与空穴传输层设置在光吸收层130的同一侧，以有效提取空穴至该侧电极；碳基材料例如碳纳米管、石墨烯等，碳纳米管、石墨烯等碳基材料、金属纳米线的导电性和透光性不可兼得。第一导电修饰层的厚度范围可以设置为5nm～200nm。
第二导电修饰层153的材料可以为透明导电氧化物、金属纳米线、导电聚合物、碳基材料、薄层金属等中的至少一种，透明导电氧化物和薄层金属本身可以单独作为电极，作为第二导电修饰层153可以同时降低界面粗糙度且保证第二电极的导电性和对第二载流子传输层140上光生载流子的平面收集能力，此外，透明导电氧化物和薄层金属这两种材料，与第二载流子传输层140的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第二电极的电荷提取效率更高。第二导电修饰层153的材料和第一导电修饰层113的材料可以一致，也可以不一致，第二导电修饰层153的厚度范围可以设置为5nm～200nm。第一导电修饰层113和第二导电修饰层153的材料可以根据太阳能电池器件中光吸收层130以及第一载流子传输层120的能级、第二载流子传输层140的能级，以及第一导电网格112的功函数、第二导电网格152的功函数匹配程度进行选择。
举例来说，可以令第一导电修饰层113的材料为ITO，第一导电修饰层113的厚度范围可以为5nm～100nm，第一电极的透光率为50％～98％，方阻可以为0.01～20Ω/□，第一电极朝向光吸收层130一侧的表面具有较低的表面粗糙度，例如，粗糙度为0.1nm～60nm。可以令第二导电修饰层153的材料为ITO，第二导电修饰层153的厚度范围可以为5nm～100nm，第二电极的透光率为50％～98％，方阻可以为0.01～20Ω/□，第二电极朝向光吸收层130一侧表面具有较低的表面粗糙度，例如，粗糙度为0.1nm～60nm。
在第一电极作为底电极时，第二电极还可以包括导电胶154，导电胶154位于第二导电网格152朝向光吸收层130的一侧，参考图4-图11所示，在第二电极包括第二导电修饰层153时，导电胶154可以位于第二导电修饰层153的朝向光吸收层130的一侧，也可以位于第二导电修饰层153的朝向第二导电网格152的一侧，导电胶154为保障密切机械接触和电气接触的材料层。在第二载流子传输层140为空穴传输层时，导电胶154的材料可以为山梨糖醇(D-sorbitol，别名山梨醇)掺杂的PEDOT:PSS等，其中PEDOT是EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。通过PSS的加入,可极大地提高PEDOT的溶解性。
具体的，从光吸收层130至第二电极的方向上，第二电极可以包括第二导电网格152，参考图1和图2所示；或依次层叠的导电胶154和第二导电网格152，参考图4所示；或依次层叠的第二导电修饰层153和第二导电网格152，参考图3所示，或依次层叠的第二导电修饰层153、导电胶154和第二导电网格152，参考图5、图7-图11所示；或依次层叠的导电胶154、第二导电修饰层153和第二导电网格152，参考图6所示。
本申请实施例中，太阳能电池器件还可以包括光子晶体层，用于选择性的增加光的透射或反射，从而实现太阳能电池器件的光电性能的综合调控，从而满足不同应用场景的需求。光子晶体层可以包括低折射率、高折射率介质材料的周期或非周期交替层叠排列，介质材料例如LiF/MoO3，SiO2/TiO2等，或者光子晶体层可以为其他微纳结构等。
光子晶体层可以设置在第一电极和/或第二电极背离光吸收层130的一侧，具体的，在第二电极侧为入射光侧时，可以在第一电极背离光吸收层130的一侧设置光子晶体层，在第一电极侧为入射光侧时，可以在第二电极背离光吸收层130的一侧设置光子晶体层，当然，可以在第一电极背离光吸收层130的一侧设置光子晶体层，同时在第二电极背离光吸收层130的一侧设置光子晶体层，则可以根据实际需求确定第一电极侧为入射光侧或第二电极侧为入射光侧。为了便于区分，将设置在第一电极背离光吸收层130的一侧的光子晶体层作为第一光子晶体层，将设置在第二电极背离光吸收层130的一侧的光子晶体层作为第二光子晶体层。
具体的，第一光子晶体层180可以设置在第一基底100背离光吸收层130的一侧，参考图10所示；第一光子晶体层180也可以设置在第一基底100和第一电极之间，参考图11所示。
具体的，第二光子晶体层170可以设置在第二基底160背离光吸收层130的一侧，参考图7所示；第二光子晶体层170也可以设置在第二基底160和第二电极之间，参考图8所示；第二光子晶体层170可以设置在第二电极背离光吸收层130的一侧，在第二导电网格152部分侧壁被导电胶154包围时，第二光子晶体层170可以包围第二导电网格152的另一部分侧壁，参考图9所示，或者，在第二导电网格152完全被导电胶154包围时，第二光子晶体层170可以直接设置于第二导电网格152背离光吸收层的一侧。
作为一种示例，第一导电网格112层可以为银铜金属网格，第一导电网格112层嵌入透明胶质层111中，透光率85％，方阻0.5Ω/□，第一导电修饰层113的材料为ITO，厚度为30nm，构成第一电极；第一载流子传输层120为电子传输层，材料为ZnO，厚度为30nm；光吸收层130的材料为PM6:Y7活性层，厚度为120nm；第二载流子传输层140为空穴传输层，材料为MoO3，厚度为10nm；第二导电修饰层153的材料为薄层银，厚度为10nm；导电胶154位于第二导电修饰层153和第二导电网格152之间，材料为D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS，厚度为20nm；第二导电网格152为银铜金属网格，第二导电网格152嵌入透明胶质层151中。最终制备得到大面积单电池器件的面积约为25cm2，光电转换效率约为6％，可见光平均透过率25％。
基于本申请实施例提供的一种太阳能电池器件，本申请实施例还提供了一种太阳能电池器件的制造方法，参考图12所示，为本申请实施例提供的一种太阳能电池器件的制造方法的流程图，图13-图19为太阳能电池器件在制造过程中的结构示意图，该方法可以包括：
S101，在第一基底100上形成第一电极，第一电极包括第一导电网格112，参考图13和图14所示。
本申请实施例中，可以在第一基底100上形成第一电极，第一基底100可以是透明基底。第一电极包括第一导电网格112，参考图13所示，导电网格具有高的导电性和透光性，基于纳米压印技术的透明金属网格也具有优异的透光性以及导电性，因此第一导电网格112可以兼顾导电性和透光性。第一导电网格112的网格形状可以为多边形或随机网格，多边形可以包括正方形、六边形、菱形等，第一导电网格112可以具有相同的网格形状，也可以具有不同的网格形状；第一导电网格112的材料可以包括金属和导电高分子中的至少一种，可选的，金属可以包括银、铜、镍、金等中的一种或多种组合，例如金属网格的材料为银和铜中的至少一种。第一导电网格112可以利用纳米压印或混合印刷等方式形成。
第一导电网格112可以嵌入透明胶质层111中，利于第一导电网格112的固定，透明胶质层111可以是从液态固化后形成的胶质材料，包括但不限于热塑性高分子聚合物、光固化或热固化聚合物等。
第一电极还可以包括第一导电修饰层113，第一导电修饰层113设置于第一导电网格112上，并与第一导电网格112电连通，参考图14所示，第一导电修饰层113降低第一导电网格112的栅线与透明胶质层111之间的台阶以及第一电极的表面粗糙度，利于在第一电极上形成平整的膜层。第一导电修饰层113的材料可以根据太阳能电池器件中光吸收层130以及第一载流子传输层120的能级，以及第一导电网格112的功函数匹配程度进行选择。
其中，第一导电修饰层113的材料可以为透明导电氧化物、金属纳米线、导电聚合物、碳基材料、薄层金属等中的至少一种。其中，透明导电氧化物可以包括ITO、IZO或FTO等，透明导电氧化物本身可以单独作为电极，作为第一导电修饰层113可以同时降低界面粗糙度且保证第一电极的导电性和对第一载流子传输层120上光生载流子的平面收集能力，此外，透明导电氧化物和其上的第一载流子传输层120的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第一电极的电荷提取效率更高；薄层金属中的金属可以为单一材料，也可以为多种金属的合金，例如银、铜、镍、金、锡、铝、铂等中的一种或多种，薄层金属本身可以单独作为电极，作为第一导电修饰层113可以同时降低界面粗糙度且保证第一电极的导电性，此外，薄层金属和其上的第一载流子传输层120的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第一电极的电荷提取效率更高；导电聚合物可以提高有源层的润湿性，利于在其上成膜，然而导电聚合物的导电性和透光性不可兼得，导电聚合物例如PEDOT：PSS或其掺杂改性混合物，通常来说，空穴传输能力较强的导电聚合物与空穴传输层设置在光吸收层130的同一侧，以有效提取空穴至该侧电极；碳基材料例如碳纳米管、石墨烯等，碳纳米管、石墨烯等碳基材料、金属纳米线的导电性和透光性不可兼得。第一导电修饰层113的厚度范围可以设置为5nm～200nm。
举例来说，第一导电修饰层113的材料为ITO，第一导电修饰层113的厚度范围可以为5nm～100nm，第一电极的透光率为50％～98％，方阻可以为0.01～20Ω/□，第一电极朝向光吸收层130一侧的表面具有较低的表面粗糙度，例如，粗糙度为0.1nm～60nm。
其中，第一导电修饰层113的材料为透明导电氧化物时，形成第一导电修饰层113的方式可以为磁控溅射、物理气相沉积等方式；在第一导电修饰层113的材料为薄层金属时，形成第一导电修饰层113的方式可以为热蒸镀或离子束蒸发等方式；在第一导电修饰层113的材料为金属纳米线、导电聚合物或碳基材料时，形成第一导电修饰层113的方式可以为旋涂、涂布、喷涂或喷墨打印等方式。具体实施时，参考图14所示，可以在第一导电网格112上通过磁控溅射的方法形成第一导电修饰层113，第一导电修饰层113的材料为ITO，厚度为30nm。
本申请实施例中，在第二电极一侧作为入射光侧时，还可以在第一基底100背离第一电极的一侧形成第一光子晶体层180，或在形成第一电极之前，先在第一基底100上形成第一光子晶体层180，而后在第一光子晶体层180上形成第一电极，第一光子晶体层180的形成不做示例性说明。第一光子晶体层180用于选择性的增加光的透射或反射，从而实现太阳能电池器件的光电性能的综合调控，从而满足不同应用场景的需求。第一光子晶体层180可以包括低折射率、高折射率介质材料的周期或非周期交替层叠排列，介质材料例如LiF/MoO3，SiO2/TiO2等，或者第一光子晶体层180可以为其他微纳结构等。第一光子晶体层180可以通过热蒸镀的方式形成，也可以通过压印的方式形成。
S102，在第一电极上形成光吸收层130，参考图15-图17所示。
本申请实施例中，可以在第一电极上形成光吸收层130，在第一电极包括第一导电修饰层113时，第一电极具有较低的表面粗糙度，利于形成均匀的光吸收层130。
光吸收层130的可以为有机层、钙钛矿层或量子点层等，其中有机光吸收层130包括至少一种电子给体和至少一种电子受体材料的两元或多元共混薄膜，电子给体材料可以为聚合物PTB7-Th、PBDB-T、PM6、D18及衍物中的至少一种，电子受体材料可为PCBM、ITIC、Y6材料及衍生物等中的至少一种，光吸收层130为钙钛矿层时，材料可以包括甲胺铅碘、甲脒铅碘、铯铅碘以及多种复合阳离子和复合阴离子的三维、二维钙钛矿中的一种或多种，光吸收层130为量子点层时，材料可包括上述的钙钛矿量子点、硫(硒)化铅、硫化镉、磷化铟等。光吸收层130可以利用旋涂、蒸镀或刮涂等方式形成。例如光吸收层130的材料为P3HT:PC61BM。
本申请实施例中，第一电极和光吸收层130之间还可以设置有第一载流子传输层120，第一载流子传输层120为电子传输层或空穴传输层。在光吸收层130上还可以设置有第二载流子传输层140，第二载流子传输层140为电子传输层或空穴传输层。第一载流子传输层120和第二载流子传输层140的其中之一为电子传输层，另一个为空穴传输层，也就是说，光吸收层130在产生电子空穴对后，通过电子传输层传输电子至第一电极或第二电极，通过空穴传输层传输空穴至第二电极或第一电极。
其中，电子传输层包括n型金属氧化物、共轭及非共轭的聚合物或小分子，例如PFN、PDINO或PEI及衍生物等，或者氧化锌(ZnO)或氧化钛(TiO2)等；空穴传输层包括p型金属氧化物、共轭及非共轭的聚合物或小分子，例如PEDOT:PSS、PTAA或spiro-OMeTAD等，或者氧化钼(MoO3)或氧化镍(NiOx)等。电子传输层的厚度范围可以为30～100nm，空穴传输层的厚度范围可以为10～50nm。
具体的，可以先在第一电极上形成第一载流子传输层120，参考图15所示；而后在第一载流子传输层120上形成光吸收层130，参考图16所示；而后在光吸收层上形成第二载流子传输层140，参考图17所示。第一载流子传输层120和第二载流子传输层140的形成方式可以包括旋涂、刮涂、喷涂或热蒸镀方式等，例如，电子传输层的材料为ZnO，形成方式为涂布方式，厚度为30nm；空穴传输层的材料为MoO3，形成方式为蒸镀。
S103，在光吸收层上形成第二电极，第二电极包括第二导电网格，参考图18、图19、图1-图11所示。
在形成光吸收层130后，可以在光吸收层130上形成第二电极，参考图1所示；在光吸收层130上形成有第二载流子传输层140时，可以在第二载流子传输层140上形成第二电极，参考图2所示。
第二电极包括第二导电网格152，参考图1-图11所示，第二导电网格152可以兼顾导电性和透光性。第二导电网格152的网格形状可以为多边形或随机网格，多边形可以包括正方形、六边形、菱形等，第二导电网格152可以具有相同的网格形状，也可以具有不同的网格形状；第二导电网格152的材料可以包括金属和导电高分子中的至少一种，可选的，金属可以包括银、铜、镍、金等中的一种或多种组合，例如金属网格的材料为银和铜中的至少一种。第一导电网格112和第二导电网格152可以具有相同的材料，也可以具有不同的材料。
也就是说，本申请实施例中的太阳能电池中的两个电极均包括导电网格，导电网格兼具高透光性和高导电性，使两个电极的方阻之和足够小，相比于其他方阻较大的电极，包括导电网格的电极有利于减小大面积电池器件的电阻损耗，因此包括导电网格的两个电极对载流子的提取效率较高，有助于降低电池器件有效面积放大对短路电流、填充因子的影响，利于提高器件光电转换效率，能够满足大面积薄膜太阳能电池器件的要求。
光吸收层130需要接受光照，光可以通过第一电极照射到光吸收层130，也可以通过第二电极照射到光吸收层130，因此第一电极和第二电极中的至少一个为透明电极，以保证光照的顺利通过，而无需透光的那侧电极，可以设置为透明电极或半透明电极。太阳能电池器件的顶部还可以设置第二基底160，第二基底160用于承载第二电极，在第一电极作为底电极时，第二基底160位于第二电极上，参考图7和图8所示。第二基底160可以为透明基底。在第一电极、第一载流子传输层120、光吸收层130、第二载流子传输层140、第二电极中相邻两个膜层之间可以设置有界面修饰材料，用于修饰界面。
第二导电网格152可以通过纳米压印的方式形成，并通过转印如对贴、滚压或电聚合等方法，将第二导电网格与光吸收层130或第二载流子传输层140贴合。第二导电网格152也可以嵌入透明胶质层151中，利于第二导电网格152的固定，透明胶质层151可以是从液态固化后形成的胶质材料，包括但不限于热塑性高分子聚合物、光固化或热固化聚合物等。
相应的，第二电极还可以包括第二导电修饰层153，第二导电修饰层153设置于第二导电网格152朝向光吸收层130的一侧，并与第二导电网格152电连通，参考图3所示。则在光吸收层上形成第二电极可以具体为，在光吸收层上形成第二导电修饰层153，参考图18所示；在第二导电修饰层153上形成第二导电网格152，参考图3所示。
第二导电修饰层153降低第二导电网格152的栅线朝向光吸收层130的表面的粗糙度，即降低了第二导电网格152的栅线和透明胶质层151之间的台阶以及第二电极朝向光吸收层130的表面的粗糙度，利于第二电极与光吸收层130或第二载流子传输层140之间形成良好的界面，且在第二电极转印过程中，第二导电修饰层153使第二导电网格152不至于破坏第二载流子传输层140或光吸收层130，对第二电极层下的膜层起到保护作用。第一导电修饰层113和第二导电修饰层153可以同时存在，也可以仅存在其中之一。
第二导电修饰层153的材料可以为透明导电氧化物、金属纳米线、导电聚合物、碳基材料、薄层金属等中的至少一种，透明导电氧化物和薄层金属本身可以单独作为电极，作为第二导电修饰层153可以同时降低界面粗糙度且保证第二电极的导电性和对第二载流子传输层140上光生载流子的平面收集能力，此外，透明导电氧化物和薄层金属这两种材料，与其下的第二载流子传输层140的更兼容，功函数更匹配，界面更稳定，使第二电极的电荷提取效率更高。第二导电修饰层153的材料和第一导电修饰层113的材料可以一致，也可以不一致，第二导电修饰层153的厚度范围可以设置为5nm～200nm。第二导电修饰153层的材料可以根据太阳能电池器件中光吸收层130以及第二载流子传输层140的能级，以及第二导电网格152的功函数匹配程度进行选择。
举例来说，第二导电修饰层153的材料为ITO，第二导电修饰层153的厚度范围可以为5nm～100nm，第二电极的透光率为50％～98％，方阻可以为0.01～20Ω/□，第二电极朝向光吸收层130一侧表面具有较低的表面粗糙度，例如，粗糙度为0.1nm～60nm。
其中，第二导电修饰层153的材料为透明导电氧化物时，形成第二导电修饰层153的方式可以为磁控溅射、物理气相沉积等方式；在第二导电修饰层153的材料为薄层金属时，形成第二导电修饰层153的方式可以为热蒸镀或离子束蒸发等方式；在第二导电修饰层153的材料为金属纳米线、导电聚合物或碳基材料时，形成第二导电修饰层153的方式可以为旋涂、涂布、喷涂或喷墨打印等方式。具体实施时，在形成第二载流子传输层140后，可以将第一基底置于真空热蒸镀设备中，在第二载流子传输层上通过热蒸镀的方法形成10nm后的银层作为第二导电修饰层153，真空热镀膜设备中的真空度为4×10-4pa，参考图18所示；而后利用对贴的方式在第二导电修饰层153上形成材料为银铜且嵌入透明胶质层中的第二导电网格152，参考图3所示。
第二电极还可以包括导电胶154，导电胶154位于第二导电网格152朝向光吸收层130的一侧，在第二电极包括第二导电修饰层153时，导电胶154可以位于第二导电修饰层153的朝向光吸收层130的一侧，也可以位于第二导电修饰层153的朝向第二导电网格152的一侧，导电胶154为保障密切机械接触和电气接触的材料层。在第二载流子传输层140为空穴传输层时，导电胶154的材料可以为D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS等。导电胶的厚度范围为10nm～2um。
具体的，从光吸收层130至第二电极的方向上，第二电极可以包括第二导电网格152，参考图1和图2所示；或依次层叠的导电胶154和第二导电网格152，参考图4所示；或依次层叠的第二导电修饰层153和第二导电网格152，参考图3所示，或依次层叠的第二导电修饰层153、导电胶154和第二导电网格152，参考图5、图7-图11所示；或依次层叠的导电胶154、第二导电修饰层153和第二导电网格152，参考图6所示。
因此，在光吸收层130上形成第二导电网格152之前，还可以在光吸收层130上形成导电胶154，例如在第二载流子传输层140上形成导电胶154，参考图4所示；导电胶154可以在第二导电修饰层153之前形成，以形成于第二导电修饰层153和光吸收层130之间，参考图6所示；导电胶154也可以在第二导电修饰层153之后形成，即先形成导电胶154，参考图19所示，而后在导电胶154上形成第二导电网格152，以形成在第二导电修饰层153和第二导电网格152之间，参考图5所示。导电胶154可以利用压印、旋涂、涂布、喷涂、压印和喷墨打印等的至少一种方式形成。
导电胶154可以形成在第一基板100上，例如在形成第二导电修饰层153后，在第二导电修饰层153上形成导电胶154，参考图19所示，而后在导电胶154上形成第二导电网格152，例如在形成第二导电修饰层153后，在氮气手套箱中通过旋涂得到20nm后的导电胶154，转速为3000rpm，旋转时长为60s；导电胶154也可以在将第二导电网格152压印到第一基板100上之前覆盖第二导电网格152，再将第二导电网格152通过对贴、滚压或电聚合等方法与第一基板100结合时，导电胶154朝向第一基板100，以使导电胶154设置在光吸收层130和第二导电网格152之间。
本申请实施例中，在第一电极侧为入射光侧时，在第二电极远离光吸收层130的一侧还可以形成有第二光子晶体层170，第二光子晶体层170用于选择性的增加光的透射或反射，从而实现太阳能电池器件的光电性能的综合调控，从而满足不同应用场景的需求。第二光子晶体层170可以包括低折射率、高折射率介质材料的周期或非周期交替层叠排列，介质材料例如LiF/MoO3，SiO2/TiO2等，或者第二光子晶体层170可以为其他微纳结构等。
具体的，第二光子晶体层170可以设置在第二基底160背离光吸收层130的一侧，参考图7所示，则可以在第二基底160的一侧形成嵌入透明胶质层151的第二导电网格152，在第二基底160的另一侧通过热蒸镀或压印的方式形成第二光子晶体层170，以构成第二导电网格152/第二基底160/第二光子晶体层170的结构，将该结构通过对贴、滚压或电聚合等方法与第二导电修饰层153或导电胶154进行贴合，从而形成包括第二导电网格152的第二电极。
具体的，第二光子晶体层170也可以设置在第二基底160和第二电极之间，参考图8所示，则可以先在第二基底160上形成第二光子晶体层170，而后在第二光子晶体层170上形成嵌入透明胶质层151中的第二导电网格152，以构成第二基底160/第二光子晶体层170/第二导电网格152的结构，将该结构通过对贴、滚压或电聚合等方法与第二导电修饰层153或导电胶154进行贴合，从而形成包括第二导电网格152的第二电极。
具体的，第二光子晶体层170可以设置在第二导电网格152背离光吸收层130的一侧，在第二导电网格152部分侧壁被导电胶154包围时，第二光子晶体层170可以包围第二导电网格152的另一部分侧壁，参考图9所示，或者，在第二导电网格152完全被导电胶154包围时，第二光子晶体层170可以直接设置于第二导电网格152背离光吸收层的一侧，则可以先通过对贴、滚压或电聚合等方法，将无基底的第二导电网格152与第二导电修饰层153或导电胶154贴合，在第二导电网格152上通过热蒸发等方法形成第二光子晶体层170。
本申请实施例提供了一种太阳能电池器件的制造方法，在第一基底上形成第一电极，第一电极包括第一导电网格，在第一电极上形成光吸收层，在光吸收层上形成第二电极，第二电极包括第二导电网格，导电网格可以具有较高的透光度以及较小的方阻，相比于薄层金属或透明导电氧化物电极而言，第一电极和第二电极更利于光电荷的收集，提高太阳能电池器件的光电转换效率。
本申请实施例中，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的太阳能电池器件，所述太阳能电池器件用于为所述电子设备供电。电子设备可以为智能眼镜、智能护目镜、AR/VR、智能手表/手环、头戴式耳机等智能可穿戴类设备镜片或显示屏或透明外壳，或手机、平板、笔记本等智能消费电子类设备显示屏、或透明外壳等，以及其他汽车、建筑、物联网等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上为本申请的具体实现方式。应当理解，以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种太阳能电池器件，其特征在于，包括：
第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的光吸收层；所述第一电极包括第一导电网格，所述第二电极包括第二导电网格。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一电极还包括第一导电修饰层，所述第一导电修饰层设置在所述第一导电网格朝向所述光吸收层的一侧；和/或，所述第二电极还包括第二导电修饰层，所述第二导电修饰层设置在所述第二导电网格朝向所述光吸收层的一侧。
3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述第一导电修饰层和/或所述第二导电修饰层的材料为以下材料的至少一种：透明导电氧化物、薄层金属、导电聚合物、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一电极和所述光吸收层之间设置有第一载流子传输层，和/或，所述第二电极和所述光吸收层之间设置有第二载流子传输层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的器件，其特征在于，所述第一电极为底电极，所述第二电极还包括导电胶，所述导电胶设置在所述第二导电网格朝向所述光吸收层的一侧。
6.根据权利要求5所述的器件，其特征在于，所述第二电极和所述光吸收层之间的第二载流子传输层为空穴传输层，所述导电胶的材料为山梨糖醇D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的器件，其特征在于，所述第一电极远离所述光吸收层的一侧设置有第一光子晶体层，和/或，所述第二电极远离所述光吸收层的一侧设置有第二光子晶体层。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的器件，其特征在于，所述第一导电网格和/或所述第二导电网格的材料包括金属材料和导电高分子材料中的至少一种。
9.一种太阳能电池器件的制造方法，其特征在于，包括：
在第一基底上形成第一电极；所述第一电极包括第一导电网格；
在所述第一电极上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成第二电极；所述第二电极包括第二导电网格。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述在第一基底上形成第一电极，包括：在第一基底上形成第一导电网格，在所述第一导电网格上形成第一导电修饰层；和/或，
所述在所述光吸收层上形成第二电极，包括：在所述光吸收层上形成第二导电修饰层，在所述第二导电修饰层上形成第二导电网格。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述第一导电修饰层和/或所述第二导电修饰层的材料为以下材料的至少一种：透明导电氧化物、薄层金属、导电聚合物、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在所述第一电极上形成光吸收层之前，还包括：在所述第一电极上形成第一载流子传输层；和/或，
在所述光吸收层上形成第二电极之前，还包括：在所述光吸收层上形成第二载流子传输层。
13.根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，在所述光吸收层上形成第二导电网格之前，还包括：
在所述光吸收层上形成导电胶。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二电极和所述光吸收层之间的第二载流子传输层为空穴传输层，所述导电胶的材料为D-sorbitol掺杂的PEDOT:PSS。
15.根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一电极远离所述光吸收层的一侧形成第一光子晶体层，和/或，在所述第二电极远离所述光吸收层的一侧形成第二光子晶体层。
16.根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一导电网格和/或所述第二导电网格的材料包括金属材料和导电高分子材料中的至少一种。
17.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权1-8任一项所述的太阳能电池器件，所述太阳能电池器件用于为所述电子设备供电。
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