CN115942761A - 钙钛矿太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠设置的基底层、前电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层；第一划刻线，其贯穿前电极层和第一电荷传输层；第二划刻线，其贯穿第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、以及第一背电极层；第三划刻线，其贯穿第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层，其中，第一划刻线内填充与钙钛矿吸收层相同的材料，第二划刻线内填充与第二背电极层相同的材料。本申请的钙钛矿太阳能电池能极大提升钙钛矿太阳电池的稳定性，降低电池的串联电阻，提高填充因子，增加钙钛矿太阳电池的效率。
Description
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新型高效率、低成本太阳能电池在全世界范围内被广泛关注。短短几年时间里，单结小面积钙钛矿电池的光电转换效率从2009年的3.8％迅速攀升到25％以上，钙钛矿/硅异质结叠层电池的光电转换效率也达到了31％以上。迅猛的效率发展使其成为当下光伏研究机构及企业的重点关注对象。与传统薄膜太阳电池(铜铟镓硒、碲化镉等)相比，钙钛矿太阳电池具有高转换效率、简单制备工艺以及低成本潜力等优势，并成为最具产业化前景的薄膜太阳电池技术。通过调节前驱体溶液的成分配比，可实现太阳电池光谱响应截止波长的调控，使之成为最理想的太阳电池吸收层材料。
钙钛矿太阳电池的产业化进程正在处于一个飞速发展的阶段。目前平方米级的钙钛矿太阳电池组件已经达到了15％以上的转换效率。钙钛矿太阳电池组件在制备过程中，需要使用激光工艺将整个电池制备成多个子电池的串联结构。其中，P1激光线将前电极的TCO层划断，形成单一子电池；P2将钙钛矿活性层划断，但不伤及前电极的TCO层；背电极通过P2与前电极的TCO层连接；P3将钙钛矿活性层与背电极划断，但不伤及前电极的TCO层。P1、P2、P3使各个子电池形成串联结构，从而使钙钛矿太阳电池组件的量产化成为可能。但是激光工艺本身与实验室中的小面积钙钛矿太阳电池的器件结构不兼容，导致了一系列的问题。
在钙钛矿太阳电池中，一般使用金属材料或者TCO材料作为背电极。金属材料作为背电极时，一般使用蒸镀工艺或PVD工艺。金属材料填充进P2线内，会与钙钛矿活性层直接接触。金属本身具有很强的迁移性，会迁移到钙钛矿活性层中，从而导致稳定性的下降。在实验室中，经常在P2区域的两边填充高分子材料，从而使金属材料不与钙钛矿活性层直接接触。但是这种方法要求非常高的加工精度，增加了工序与成本。同时还要求较宽的P2宽度以保证高分子材料的填充效果，从而增加了死区的面积，降低了几何填充因子。金属背电极的使用，限制了钙钛矿太阳电池组件的产业化。
TCO材料作为背电极时，一般使用PVD工艺或反应式等离子体镀膜工艺。反应式等离子体镀膜工艺制备TCO材料对基底的损失较小，但是反应式等离子体镀膜设备价格昂贵。PVD制备TCO材料时，为减小对基底的轰击损伤，一般会使用多层的TCO结构。首先低功率沉积TCO材料作为保护层，然后再高功率沉积TCO材料作为背电极。低功率沉积TCO材料虽然对基底的损伤较少，但是低功率沉积的TCO材料与高功率沉积的TCO材料相比，电学性能有很大的差异性。低功率沉积的TCO材料，会增加组件的内部串联电阻，从而降低填充因子，限制了大面积钙钛矿太阳电池组件效率的提升。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本申请提供一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。
具体来说，本申请涉及如下方面：一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括：
依次层叠设置的基底层、前电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层，
第一划刻线，所述第一划刻线贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层，
第二划刻线，所述第二划刻线贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层，
第三划刻线，所述第三划刻线贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层和所述第二背电极层，
其中，所述第一划刻线内填充与所述钙钛矿吸收层相同的材料，所述第二划刻线内填充与所述第二背电极层相同的材料。
可选地，所述钙钛矿太阳能电池还包括第三背电极层和第四背电极层，
其中，所述第三背电极层设置在所述第二背电极层远离所述基底层的一侧，所述第四背电极层设置在所述第三背电极层远离所述基底层的一侧，
所述第三背电极层和所述第四背电极层被所述第三划刻线贯穿。
可选地，所述第一背电极层通过低功率磁控溅射法制备，所述第二背电极层通过高功率磁控溅射法制备。
可选地，所述第四背电极层通过高功率磁控溅射法制备。
可选地，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率小于等于1.5W/cm2。
可选地，高功率磁控溅射法所采用的靶表功率大于等于2W/cm2。
可选地，所述第一背电极层、所述第二背电极层或者所述第四背电极层的材料各自独立地选自以下中的一种或两种以上：FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO。
可选地，所述第三背电极的材料选自以下中的一种或两种以上：Au、Ag、Cu、Al。
可选地，所述第一背电极层的厚度为10-50nm。
可选地，所述第二背电极层的厚度为100-500nm或10-200nm。
可选地，所述第三背电极的厚度为5-200nm。
可选地，所述第四背电极层的厚度为10-200nm。
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
在基底层的一个表面制备前电极层，并在所述前电极层上制备第一电荷传输层，
在所述第一电荷传输层上划刻，形成贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层的第一划刻线，
在所述第一电荷传输层和所述第一划刻线上制备钙钛矿吸收层，并在所述钙钛矿吸收层上制备第二电荷传输层，
在所述第二电荷传输层上制备第一背电极层，
在所述第一背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层的第二划刻线，
在所述第一背电极层和所述第二划刻线上制备第二背电极层，
在所述第二背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层和所述第二背电极层的第三划刻线。
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
在基底层的一个表面制备前电极层，并在所述前电极层上制备第一电荷传输层，
在所述第一电荷传输层上划刻，形成贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层的第一划刻线，
在所述第一电荷传输层和所述第一划刻线上制备钙钛矿吸收层，并在所述钙钛矿吸收层上制备第二电荷传输层，
在所述第二电荷传输层上制备第一背电极层，
在所述第一背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层的第二划刻线，
在所述第一背电极层和所述第二划刻线上制备第二背电极层，
在所述第二背电极层上制备第三背电极层，并在所述第三背电极层上制备第四电极层，
在所述第四背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层、所述第二背电极层、所述第三背电极层和所述第四背电极层的第三划刻线。
可选地，通过低功率磁控溅射法制备第一背电极层，通过高功率磁控溅射法制备第二背电极层。
可选地，通过高功率磁控溅射法制备第四背电极层。
可选地，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率小于等于1.5W/cm2。
可选地，高功率磁控溅射法所采用的靶表功率大于等于2W/cm2。
可选地，所述第一背电极层、所述第二背电极层或所述第四背电极层的材料各自独立地选自以下中的一种或两种以上：FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO。
可选地，所述第三背电极的材料选自以下中的一种或两种以上：Au、Ag、Cu、Al。
可选地，所述第一背电极层的厚度为10-50nm。
可选地，所述第二背电极层的厚度为100-500nm或10-200nm。
可选地，所述第三背电极的厚度为5-200nm。
可选地，所述第四背电极层的厚度为10-200nm。
本申请的钙钛矿太阳能电池能极大提升钙钛矿太阳电池的稳定性，降低电池的串联电阻，提高填充因子，增加钙钛矿太阳电池的效率。本申请的制备钙钛矿太阳能电池的方法可以达到与反应式等离子体镀膜制备背电极相同的效果(电性能、稳定性)，并可极大降低设备成本。
附图说明
图1为常规钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图2为本申请一种太阳钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图3为本申请一种太阳钙钛矿太阳能电池结构示意图。
附图标记：
1-1基底层，1-2前电极层，1-3第一电荷传输层，1-4钙钛矿吸收层，1-5第二电荷传输层，1-6背电极层，1-7第一背电极层，1-8第二背电极层，1-9第三背电极层，1-10第四背电极层，2-1第一划刻线，2-2第二划刻线，2-3第二划刻线。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本申请，应当理解，实施例仅用于进一步说明和阐释本申请，并非用于限制本申请。
除非另外定义，本说明书中有关技术的和科学的术语与本领域内的技术人员所通常理解的意思相同。虽然在实验或实际应用中可以应用与此间所述相似或相同的方法和材料，本文还是在下文中对材料和方法做了描述。在相冲突的情况下，以本说明书包括其中定义为准，另外，材料、方法和例子仅供说明，而不具限制性。以下结合具体实施例对本申请作进一步的说明，但不用来限制本申请的范围。
现有常规的钙钛矿太阳能电池结构如图1所示。包括：
依次层叠设置的基底层1-1、前电极层1-2、第一电荷传输层1-3、钙钛矿吸收层1-4、第二电荷传输层1-5、背电极层1-6，
第一划刻线2-1，所述第一划刻线2-1贯穿所述前电极层1-2，
第二划刻线2-2，所述第二划刻线2-2贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、和所述第二电荷传输层1-5，
第三划刻线2-3，所述第三划刻线2-3贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、和所述背电极层1-6，
其中，所述第一划刻线2-1内填充与所述钙钛矿吸收层1-4相同的材料，所述第二划刻线2-2内填充与所述背电极层1-6相同的材料。
其中，背电极层1-6为蒸镀法制备的金属电极或反应式等离子体镀膜方法制备的TCO电极。当背电极层1-6为金属电极时，金属本身具有很强的迁移性，会迁移到钙钛矿活性层中，从而导致稳定性的下降，从而限制了钙钛矿太阳电池组件的产业化。当背电极层1-6为TCO电极时，一般使用反应式等离子体镀膜工艺。反应式等离子体镀膜工艺制备TCO材料对基底的损失较小，但是反应式等离子体镀膜设备价格昂贵。PVD工艺制备TCO材料时，为减小对基底的轰击损伤，一般会使用多层的TCO结构。首先低功率沉积TCO材料作为保护层，然后再高功率沉积TCO材料作为背电极。低功率沉积TCO材料虽然对基底的损伤较少，但是低功率沉积的TCO材料与高功率沉积的TCO材料相比，电学性能有很大的差异性。低功率沉积的TCO材料，会增加组件的内部串联电阻，从而降低填充因子，限制了大面积钙钛矿太阳电池组件效率的提升。
针对常规钙钛矿太阳能电池存在的以上问题，本申请提供一种钙钛矿太阳能电池，如图2所示，所述钙钛矿太阳能电池包括：
依次层叠设置的基底层1-1、前电极层1-2、第一电荷传输层1-3、钙钛矿吸收层1-4、第二电荷传输层1-5、第一背电极层1-7和第二背电极层1-8，
第一划刻线2-1，所述第一划刻线2-1贯穿所述前电极层1-2和所述第一电荷传输层1-3，
第二划刻线2-2，所述第二划刻线2-2贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、以及所述第一背电极层1-7，
第三划刻线2-3，所述第三划刻线2-3贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、所述第一背电极层1-7和所述第二背电极层1-8，
其中，所述第一划刻线2-1内填充与所述钙钛矿吸收层1-4相同的材料，所述第二划刻线2-2内填充与所述第二背电极层1-8相同的材料。
其中，第一背电极层1-7通过低功率磁控溅射制备，可以保护基底材料不受后续磁控溅射工艺的轰击损伤。第二背电极层1-8通过高功率磁控溅射制备，其具有良好的电学性能，第二划刻线2-2内填充这种高功率磁控溅射制备的材料可以降低钙钛矿太阳电池的串联电阻，提高填充因子，从而增加钙钛矿太阳电池的效率。
在本申请中，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率小于等于1.5W/cm2，例如可以为1.5W/cm2、1.4W/cm2、1.3W/cm2、1.2W/cm2、1.1W/cm2、1W/cm2、0.9W/cm2、0.8W/cm2、0.7W/cm2、0.6W/cm2、0.5W/cm2等。
在一个具体的实施方式中，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率为0.5-1.5W/cm2。
高功率磁控溅射法所采用的靶表功率大于等于2W/cm2，例如可以为2W/cm2、2.5W/cm2、3W/cm2、3.5W/cm2、4W/cm2、4.5W/cm2、5W/cm2等。
在一个具体的实施方式中，高功率磁控溅射法所采用的靶表功率为2-5W/cm2
第一背电极层1-7和第二背电极层1-8的材料可以各自独立地选自以下中的一种或两种以上：FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO。即第一背电极层1-7和第二背电极层1-8的材料可以相同，例如都为ITO，也可以不同，例如第一背电极1-6的材料为ITO，第二背电极1-7的材料为AZO。本领域技术人员可以理解，根据实际需要第一背电极层1-7或第二背电极层1-8也可以采用两种或两种以上的不同材料。
在一个具体的实施方式中，第一背电极层1-7的厚度为10-50nm，例如可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm等。
在一个具体的实施方式中，第二背电极层1-8的厚度为10-200nm，例如可以为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm等。
在一个具体的实施方式中，第二背电极层1-8的厚度为100-500nm，例如可以为100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、460nm、480nm、500nm等。
基底层1-1可以是本领域已知的任何基底，例如为玻璃基底。前电极层1-2的材料可以选自FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO中的一种或两种以上。
第一电荷传输层1-3和第二电荷传输层1-5的导电类型相反，即当第一电荷传输层1-3为电荷传输层时，第二电荷传输层1-5为空穴传输层；当第一电荷传输层1-3为空穴传输层时，第二电荷传输层1-5为电子传输层。其中，当第一电荷传输层1-3为空穴传输层时，材料可以选自CuSCN、NiOx、NiMgOx、V2O5和MoO3中的一种或两种以上，例如可以包括NiOx、NiMgOx中的至少一种。当第一电荷传输层1-3为电子传输层时，材料可以选自TiO2、SnO2、ZnO、PCBM、C60或BCP中一种或两种以上，例如可以为TiO2或SnO2。
当第二电荷传输层1-5为空穴传输层时，材料可以选自Spiro-OMeTAD、CuSCN、NiOx、NiMgOx、V2O5和MoO3中的一种或两种以上，例如可以为Spiro和MoO3。当第二电荷传输层1-5为电子传输层时，材料可以选自TiO2、SnO2、ZnO、PCBM、C60或BCP中一种或两种以上，例如可以为C60与SnO2。
针对第一电荷传输层1-3和第二电荷传输层1-5各种材料所采用的厚度和制备方法，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择和调整。
钙钛矿吸收层1-4的材料为化学通式为ABXmY3-m型晶体结构的一种或两种以上，其中A为CH3NH3、C4H9NH3、NH2＝CHNH2或Cs；B为Pb或Sn；X为Cl、Br或I，Y为Cl、Br或I，且X和Y不同时为同一种元素；m＝1、2或3。钙钛矿吸收层1-4制备方式可以为刮涂、超声喷涂、狭缝涂布等方式中的一种或两种以上。
钙钛矿吸收层1-4与第一电荷传输层1-3之间还可以包括缓冲层，以提高电池的转换效率或稳定性。缓冲层的材料和厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择和调整。
本领域技术人员可以理解在一个太阳能电池上有多条第一划刻线2-1、第二划刻线2-2、和第三划刻线2-3。如图所示，第一划刻线2-1、第二划刻线2-2、和第三划刻线2-3依次间隔设置。多条第一划刻线2-1、多条第二划刻线2-2、或多条第三划刻线2-3等间距设置，例如相邻的第一划刻线2-1之间的间距小于等于7mm。每条第一划刻线2-1和第二划刻线2-2之间的距离小于等于50μm。每条第二划刻线2-2和第三划刻线2-3之间的距离小于等于50μm。
此外，优选地，第一划刻线2-1不会破坏基底层1-1，第二划刻线2-2和第三划刻线2-3不会破坏前电极层1-2。
进一步地，如图3所示，所述钙钛矿太阳能电池还可以包括第三背电极层1-9和第四背电极层1-10。其中，所述第三背电极层1-9设置在所述第二背电极层1-8远离所述基底层1-1的一侧，所述第四背电极层1-10设置在所述第三背电极层1-9远离所述基底层1-1的一侧。所述第三背电极层1-9和所述第四背电极层1-10被所述第三划刻线2-3贯穿，即第三划刻线2-3贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、所述第一背电极层1-7、所述第二背电极层1-8、所述第三背电极层1-9和所述第四背电极层1-10。
其中，第三背电极层1-9为金属材料，可以选自以下中的一种或两种以上：Au、Ag、Cu、Al。金属材料具有优秀的电学性能，可以保证钙钛矿太阳电池的内部电荷传输，提高电池效率。
在一个具体的实施方式中，所述第三背电极层1-9的厚度为5-200nm，例如可以为5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm等。
第四背电极层1-10同样采用高功率磁控溅射法制备，其材料的选择、厚度以及具体制备的功率如上针对第二背电极层1-8所述。第四背电极层1-10具有良好的电学性能，可以降低钙钛矿太阳电池的串联电阻，并可以保护第三背电极层1-9不与外部直接接触，提高电池的稳定性。
在一个具体的实施方式中，如图2所示，所述钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠设置的基底层1-1、前电极层1-2、第一电荷传输层1-3、钙钛矿吸收层1-4、第二电荷传输层1-5、第一背电极层1-7和第二背电极层1-8；第一划刻线2-1，所述第一划刻线2-1贯穿所述前电极层1-2和所述第一电荷传输层1-3；第二划刻线2-2，所述第二划刻线2-2贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、以及所述第一背电极层1-7；第三划刻线2-3，所述第三划刻线2-3贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、所述第一背电极层1-7和所述第二背电极层1-8。其中，基底层1-1为玻璃，前电极层1-2为FTO。第一电荷传输层1-3为射频磁控溅射制备的NiOx空穴传输层，厚度为25nm。钙钛矿吸收层1-4为(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3，厚度为500nm。第二电荷传输层1-5为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。第一背电极层1-7为靶表功率小于等于1.5W/cm2的磁控溅射法制备的ITO，厚度为10-50nm。第二背电极层1-8为靶表功率大于等于2W/cm2的磁控溅射法制备的ITO，膜层厚度为100-500nm。第一划刻线内填充(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3的钙钛矿吸收材料，所述第二划刻线2-2内填充ITO。
在一个具体的实施方式中，如图3所示，所述钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠设置的基底层1-1、前电极层1-2、第一电荷传输层1-3、钙钛矿吸收层1-4、第二电荷传输层1-5、第一背电极层1-7、第二背电极层1-8、第三背电极层1-9和第四背电极层1-10；第一划刻线2-1，所述第一划刻线2-1贯穿所述前电极层1-2和所述第一电荷传输层1-3；第二划刻线2-2，所述第二划刻线2-2贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、以及所述第一背电极层1-7；第三划刻线2-3，所述第三划刻线2-3贯穿所述第一电荷传输层1-3、所述钙钛矿吸收层1-4、所述第二电荷传输层1-5、所述第一背电极层1-7、所述第二背电极层1-8、所述第三背电极层1-9、和所述第四背电极层1-10。其中，基底层1-1为玻璃，前电极层1-2为FTO。第一电荷传输层1-3为射频磁控溅射制备的NiOx空穴传输层，厚度为25nm。钙钛矿吸收层1-4为(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3，厚度为500nm。第二电荷传输层1-5为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。第一背电极层1-7为靶表功率小于等于1.5W/cm2的磁控溅射法制备的ITO，厚度为10-50nm。第二背电极层1-8为靶表功率大于等于2W/cm2的磁控溅射法制备的ITO，膜层厚度为10-200nm。第三背电极层1-9为靶表功率大于等于2W/cm2的磁控溅射法制备的银，厚度为5-200nm。第四背电极层1-10为靶表功率大于等于2W/cm2的磁控溅射法制备的ITO，厚度为10-200nm。第一划刻线内填充(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3的钙钛矿吸收材料，所述第二划刻线2-2内填充ITO。
本申请还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
步骤一：在基底层的一个表面制备前电极层，并在所述前电极层上制备第一电荷传输层，
步骤二：在所述第一电荷传输层上划刻，形成贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层的第一划刻线，
步骤三：在所述第一电荷传输层和所述第一划刻线上制备钙钛矿吸收层，并在所述钙钛矿吸收层上制备第二电荷传输层，
步骤四：在所述第二电荷传输层上制备第一背电极层，
步骤五：在所述第一背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层的第二划刻线，
步骤六：在所述第一背电极层和所述第二划刻线上制备第二背电极层，
步骤七：在所述第二背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层和所述第二背电极层的第三划刻线。
对于步骤一至步骤七，基底层、前电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层的厚度，以及所使用的材料如上针对钙钛矿太阳能电池所述。
步骤一、步骤二和步骤三中涉及的具体制备方法可以采用现有技术已知的方法进行。
步骤四中，通过低功率磁控溅射法制备第一背电极层。低功率磁控溅射法的靶表功率小于等于1.5W/cm2。
步骤五中，可以使用波长为532nm的绿光激光进行划刻以制备第二划刻线。波长为532nm的绿光激光难以被前电极层吸收，容易被钙钛矿吸收层吸收。钙钛矿吸收层被激光划刻时，将第一电荷传输层、第二电荷传输层一起崩除。在划刻时，需要划穿第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、和第二电荷传输层，但不伤及前电极层。
步骤六中，通过高功率磁控溅射法制备第二背电极层。高功率磁控溅射法的靶表功率大于等于2W/cm2。
步骤七中，可以使用波长为532nm的绿光激光或机械划刻的方式，在第二划刻线一侧进行划刻。波长为532nm的绿光激光难以被前电极层吸收，容易被钙钛矿吸收层吸收。钙钛矿吸收层被激光划刻时，将第一电荷传输层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层一起崩除。波长为532nm的绿光激光可以使划穿第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层，但不伤及前电极层。此时电池的各个子电池形成串联结构。
进一步地，在步骤六和步骤七之间还可以包括：
在所述第二背电极层上制备第三背电极层，
在所述第三背电极层上制备第四电极层。
本领域技术人员可以理解，第三划刻线的形成在第四电极层制备完成之后，此时步骤七包括划穿第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层、第二背电极层、第三背电极层和第四背电极层，但不伤及前电极层所述第四背电极层通过高功率磁控溅射法制备。
实施例
实施例1
制备得到的钙钛矿太阳能电池如图3所示。
制备方法包括以下步骤：
(1-1)在玻璃基底1-1上制备前电极层1-2，材质为FTO。
(1-2)采用射频磁控溅射法，在前电极层1-2上制备第一电荷传输层1-3。其中第一电荷传输层1-3为NiOx空穴传输层，厚度为25nm。
(1-3)使用1064nm波长的激光在第一电荷传输层1-3上等间距划刻第一划刻线2-1，每条第一划刻线2-1间距相等，间距为6mm。
(1-4)在第一电荷传输层1-3上制备钙钛矿吸收层1-4，其中采用(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3组分体系，按照摩尔比例称取合适的材料，溶解到DMF与DMSO的混合溶液中，浓度1.0M。然后使用狭缝涂布工艺得到均匀液膜，通过风刀处理得到均匀固态膜。然后在120℃热台上退火30min，得到钙钛矿吸收层1-4。钙钛矿吸收层1-4厚度为500nm。
(1-5)在钙钛矿吸收层1-4上制备第二电荷传输层1-5。其中1-5第二电荷传输层为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。
(1-6)在第二电荷传输层1-5上制备第一背电极层1-7。第一背电极层1-7为靶表功率为1W/cm2的磁控溅射制备的ITO材料，膜层厚度为20nm。
(1-7)使用波长为532nm的绿光激光，在第一划刻线2-1左侧位置进行划刻，形成第二划刻线2-2。第二划刻线2-2与第一划刻线2-1的间距为50μm。
(1-8)在第一背电极层1-7上制备第二背电极层1-8。第二背电极层1-8为靶表功率为2.5W/cm2的磁控溅射制备的ITO材料，膜层厚度为40nm。
(1-9)在第二背电极层1-8上制备第三背电极层1-9。第三背电极层1-9为靶表功率为2W/cm2的磁控溅射制备的Ag，膜层厚度为80nm。
(1-10)在第三背电极层1-9上制备第四背电极层1-10。第四背电极层1-10为靶表功率为2.5W/cm2的磁控溅射制备的ITO材料，膜层厚度为40nm。
(1-11)使用波长为532nm的绿光激光在第二划刻线2-2左侧位置进行划刻，形成第三划刻线2-3。第二划刻线2-2和第三划刻线2-3的间距为50μm。
实施例2
制备得到的钙钛矿太阳能电池如图2所示。
制备方法包括以下步骤：
(1-1)在玻璃基底1-1上制备前电极层1-2，材质为FTO。
(1-2)采用射频磁控溅射法，在前电极层1-2上制备第一电荷传输层1-3。其中第一电荷传输层1-3为NiOx空穴传输层，厚度为25nm。
(1-3)使用1064nm波长的激光在第一电荷传输层1-3上等间距划刻第一划刻线2-1，每条第一划刻线2-1间距相等，间距为6mm。
(1-4)在第一电荷传输层1-3上制备钙钛矿吸收层1-4，其中采用(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3组分体系，按照摩尔比例称取合适的材料，溶解到DMF与DMSO的混合溶液中，浓度1.0M。然后使用狭缝涂布工艺得到均匀液膜，通过风刀处理得到均匀固态膜。然后在120℃热台上退火30min，得到钙钛矿吸收层1-4。钙钛矿吸收层1-4厚度为500nm。
(1-5)在钙钛矿吸收层1-4上制备第二电荷传输层1-5。其中1-5第二电荷传输层为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。
(1-6)在第二电荷传输层1-5上制备第一背电极层1-7。第一背电极层1-7为靶表功率为1W/cm2的磁控溅射制备的ITO材料，膜层厚度为20nm。
(1-7)使用波长为532nm的绿光激光，在第一划刻线2-1左侧位置进行划刻，形成第二划刻线2-2。第二划刻线2-2与第一划刻线2-1的间距为50μm。
(1-8)在第一背电极层1-7上制备第二背电极层1-8。第二背电极层1-8为靶表功率为2.5W/cm2的磁控溅射制备的ITO材料，膜层厚度为300nm。
(1-9)使用波长为532nm的绿光激光在第二划刻线2-2左侧位置进行划刻，形成第三划刻线2-3。第二划刻线2-2和第三划刻线2-3的间距为50μm。
对比例1
制备得到的钙钛矿太阳能电池如图1所示。
制备方法包括以下步骤：
(1-1)在玻璃基底1-1上制备前电极层1-2，材质为FTO。
(1-2)采用射频磁控溅射法，在前电极层1-2上制备第一电荷传输层1-3。其中第一电荷传输层1-3为NiOx空穴传输层，厚度25为nm。
(1-3)使用1064nm波长的激光在第一电荷传输层1-3上等间距划刻第一划刻线2-1，每条第一划刻线2-1间距相等，间距为6mm。
(1-4)在第一电荷传输层1-3上制备钙钛矿吸收层1-4，其中采用(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3组分体系，按照摩尔比例称取合适的材料，溶解到DMF与DMSO的混合溶液中，浓度1.0M。然后使用狭缝涂布工艺得到均匀液膜，通过风刀处理得到均匀固态膜。然后在120℃热台上退火30min，得到钙钛矿吸收层1-4。钙钛矿吸收层1-4厚度为500nm。
(1-5)在钙钛矿吸收层1-4上制备第二电荷传输层1-5。其中1-5第二电荷传输层为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。
(1-6)使用波长为532nm的绿光激光，在第一划刻线2-1左侧位置进行划刻，形成第二划刻线2-2。第二划刻线2-2与第一划刻线2-1的间距为50μm。
(1-7)在第二电荷传输层1-5上，蒸镀100nm的Ag作为背电极层1-6。
(1-8)使用机械划线在第二划刻线2-2左侧位置进行划刻，形成第三划刻线2-3。第二划刻线2-2和第三划刻线2-3的间距为50μm。
对比例2
制备得到的钙钛矿太阳能电池如图1所示。
制备方法包括以下步骤：
(1-1)在玻璃基底1-1上制备前电极层1-2，材质为FTO。
(1-2)采用射频磁控溅射法，在前电极层1-2上制备第一电荷传输层1-3。其中第一电荷传输层1-3为NiOx空穴传输层，厚度为25nm。
(1-3)使用1064nm波长的激光在第一电荷传输层1-3上等间距划刻第一划刻线2-1，每条第一划刻线2-1间距相等，间距为6mm。
(1-4)在第一电荷传输层1-3上制备钙钛矿吸收层1-4，其中采用(Cs0.15FA0.85)Pb(I0.7Br0.3)3组分体系，按照摩尔比例称取合适的材料，溶解到DMF与DMSO的混合溶液中，浓度1.0M。然后使用狭缝涂布工艺得到均匀液膜，通过风刀处理得到均匀固态膜。然后在120℃热台上退火30min，得到钙钛矿吸收层1-4。钙钛矿吸收层1-4厚度为500nm。
(1-5)在钙钛矿吸收层1-4上制备第二电荷传输层1-5。其中1-5第二电荷传输层为电子传输层，使用真空蒸镀制备30nm的C60，再使用原子层沉积制备20nm的SnO2。
(1-6)使用波长为532nm的绿光激光，在第一划刻线2-1左侧位置进行划刻，形成第二划刻线2-2。第二划刻线2-2与第一划刻线2-1的间距为50μm。
(1-7)在第二电荷传输层1-5上，使用反应式等离子体镀膜制备300nm的IWO作为背电极层1-6。
(1-8)使用机械划线在第二划刻线2-2左侧位置进行划刻，形成第三划刻线2-3。第二划刻线2-2和第三划刻线2-3的间距为50μm。
上述实施例和对比例的背电极情况如表1所示。
表1
对实施例1-2和对比例1-2制备的钙钛矿太阳能电池进行性能测定，结果如表2所示。
表2
从表2中可以看出，对比例1的背电极为金属Ag，虽然有最佳的初始效率，但是稳定性最差。原因为Ag粒子迁移到钙钛矿活性层中，降低了组件的稳定性。
实施例1与实施例2，由于增加来TCO材料的保护，其稳定性与对比例2的纯IWO背电极一致，组件的稳定性相较于对比例1大幅提升。
实施例1相较于实施例2，背电极由于有金属层的存在，其导电性接近于对比例1的纯金属背电极，具有非常优秀的初始电性能。同时由于TCO材料可以保护金属不与钙钛矿活性层接触，其稳定性也大幅提升。实施例1不仅具有优秀的初始电性能，还具有优秀的稳定性。
Claims (13)
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：
依次层叠设置的基底层、前电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、第一背电极层和第二背电极层，
第一划刻线，所述第一划刻线贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层，
第二划刻线，所述第二划刻线贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层，
第三划刻线，所述第三划刻线贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层和所述第二背电极层，
其中，所述第一划刻线内填充与所述钙钛矿吸收层相同的材料，所述第二划刻线内填充与所述第二背电极层相同的材料。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池还包括第三背电极层和第四背电极层，
其中，所述第三背电极层设置在所述第二背电极层远离所述基底层的一侧，所述第四背电极层设置在所述第三背电极层远离所述基底层的一侧，
所述第三背电极层和所述第四背电极层被所述第三划刻线贯穿。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述第一背电极层通过低功率磁控溅射法制备，所述第二背电极层通过高功率磁控溅射法制备；或者
所述第四背电极层通过高功率磁控溅射法制备。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率小于等于1.5W/cm2。
5.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，高功率磁控溅射法所采用的靶表功率大于等于2W/cm2。
6.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一背电极层、所述第二背电极层或者所述第四背电极层的材料各自独立地选自以下中的一种或两种以上：FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO；或者
所述第三背电极的材料选自以下中的一种或两种以上：Au、Ag、Cu、Al。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一背电极层的厚度为10-50nm；或者
所述第二背电极层的厚度为100-500nm或10-200nm。
所述第三背电极的厚度为5-200nm；或者
所述第四背电极层的厚度为10-200nm。
8.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在基底层的一个表面制备前电极层，并在所述前电极层上制备第一电荷传输层，
在所述第一电荷传输层上划刻，形成贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层的第一划刻线，
在所述第一电荷传输层和所述第一划刻线上制备钙钛矿吸收层，并在所述钙钛矿吸收层上制备第二电荷传输层，
在所述第二电荷传输层上制备第一背电极层，
在所述第一背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层的第二划刻线，
在所述第一背电极层和所述第二划刻线上制备第二背电极层，
在所述第二背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层和所述第二背电极层的第三划刻线。
9.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在基底层的一个表面制备前电极层，并在所述前电极层上制备第一电荷传输层，
在所述第一电荷传输层上划刻，形成贯穿所述前电极层和所述第一电荷传输层的第一划刻线，
在所述第一电荷传输层和所述第一划刻线上制备钙钛矿吸收层，并在所述钙钛矿吸收层上制备第二电荷传输层，
在所述第二电荷传输层上制备第一背电极层，
在所述第一背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、以及所述第一背电极层的第二划刻线，
在所述第一背电极层和所述第二划刻线上制备第二背电极层，
在所述第二背电极层上制备第三背电极层，并在所述第三背电极层上制备第四电极层，
在所述第四背电极层上划刻，形成贯穿所述第一电荷传输层、所述钙钛矿吸收层、所述第二电荷传输层、所述第一背电极层、所述第二背电极层、所述第三背电极层和所述第四背电极层的第三划刻线。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，通过低功率磁控溅射法制备第一背电极层，通过高功率磁控溅射法制备第二背电极层；或者
通过高功率磁控溅射法制备第四背电极层。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，低功率磁控溅射法所采用的靶表功率小于等于1.5W/cm2，高功率磁控溅射法所采用的靶表功率大于等于2W/cm2。
12.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述第一背电极层、所述第二背电极层或所述第四背电极层的材料各自独立地选自以下中的一种或两种以上：FTO、ITO、AZO、GZO、IZO、IWO；或者
所述第三背电极的材料选自以下中的一种或两种以上：Au、Ag、Cu、Al。
13.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述第一背电极层的厚度为10-50nm；或者
所述第二背电极层的厚度为100-500nm或10-200nm；或者
所述第三背电极的厚度为5-200nm；或者
所述第四背电极层的厚度为10-200nm。
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