CN116347908B - 钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件。该钙钛矿太阳电池包括：衬底、第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层；第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层依次层叠设置于衬底上，复合保护层包括依次层叠设置于钙钛矿层上的氮化硼层和石墨烯材料层。该复合保护层能够在保持透光的情况下具有较高的力学强度和化学稳定性，能够提高钙钛矿太阳电池的长期稳定性。
Description
技术领域
本公开涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术
钙钛矿太阳电池是一种以具有钙钛矿结构的化合物作为吸光层的太阳电池。相较于目前常用的晶硅太阳电池，钙钛矿太阳电池具有较宽的吸收范围以及较高的吸收系数等优点。在实验室中钙钛矿太阳电池的效率已经从最初的3.8%逐渐提升至如今的超过25.7%。另外，钙钛矿太阳电池也能够与晶硅太阳电池结合形成叠层结构，以拓宽太阳电池整体的吸收光谱范围。尽管钙钛矿太阳电池具有如上优点，但是钙钛矿太阳电池的长期稳定性仍然是阻碍其进一步发展的一大问题，并且，钙钛矿材料的稳定性较差也限制了太阳电池的其他功能层的制备方式。
发明内容
基于此，针对上述背景技术中的问题，为了提高钙钛矿太阳电池的长期稳定性并进而简化钙钛矿太阳电池的制备方法，有必要提供一种钙钛矿太阳电池。
为了解决上述问题，根据本公开的一些实施例，提供了一种钙钛矿太阳电池，其包括：衬底、第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层；所述第一电荷提取层、所述钙钛矿层、所述复合保护层和所述第二电荷提取层依次层叠设置于所述衬底上，所述复合保护层包括依次层叠设置于所述钙钛矿层上的氮化硼层和石墨烯材料层。
在本公开的一些实施例中，所述氮化硼层的厚度≤10nm。
在本公开的一些实施例中，所述石墨烯材料层的厚度≤10nm。
在本公开的一些实施例中，所述氮化硼层直接接触于所述钙钛矿层，所述石墨烯材料层直接接触于所述氮化硼层。
在本公开的一些实施例中，所述第一电荷提取层为电子传输层，所述第一电荷提取层的材料选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛、氧化钨和氧化铟镓锌中的一种或多种。
在本公开的一些实施例中，所述第二电荷提取层为空穴传输层，所述第二电荷提取层的材料选自镍氧化物、铜氧化物、硫化铜、硫化钼、钒氧化物、氧化钨和硫氰酸铜中的一种或多种。
进一步地，根据本公开的一些实施例，还提供了一种如上述任一实施例所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其包括如下步骤：
提供所述衬底；
在所述衬底上制备所述第一电荷提取层；
在所述第一电荷提取层上制备所述钙钛矿层；
在所述钙钛矿层上依次制备所述氮化硼层和所述石墨烯材料层，形成所述复合保护层；
在所述石墨烯材料层上制备第二电荷提取层。
在本公开的一些实施例中，通过溅射的方式制备所述氮化硼层，以及，通过溅射的方式制备所述石墨烯材料层。
在本公开的一些实施例中，在制备所述氮化硼层的步骤中，采用六方氮化硼作为溅射靶材。
在本公开的一些实施例中，在制备所述氮化硼层的步骤中，采用六方氮化硼作为溅射靶材，控制溅射的功率为200W~350W，控制溅射时间为1min~10min。
在本公开的一些实施例中，在制备所述石墨烯材料层的步骤中，采用石墨作为溅射靶材，控制溅射的功率为300W~400W，控制溅射时间为1min~10min。
在本公开的一些实施例中，通过溅射的方式在溅射腔室中依次制备所述第一电荷提取层、所述钙钛矿层、所述氮化硼层、所述石墨烯材料层和所述第二电荷提取层。
在本公开的一些实施例中，所述衬底包括基材以及设置于所述基材上的第一电极，在制备所述第一电荷提取层之前，还包括对所述基材进行等离子体清洗的步骤。
在本公开的一些实施例中，在制备所述第二电荷提取层之后，还包括在所述第二电荷提取层上制备第二电极的步骤，所述第二电极通过溅射的方式制备。
进一步地，根据本公开的一些实施例，还提供了一种光伏组件，其包括封装结构和由所述封装结构封装的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池是根据上述任一实施例所述的钙钛矿太阳电池或由上述任一实施例所述的钙钛矿太阳电池的制备方法制备得到的钙钛矿太阳电池。
在本公开的至少一个实施例的钙钛矿太阳电池中，包括依次层叠设置的第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层。其中，复合保护层包括依次层叠设置的氮化硼层和石墨烯材料层。其中，氮化硼层与石墨烯材料层的晶格匹配度较高，可以作为石墨烯材料层的制备基底，因此该复合保护层能够稳定设置于钙钛矿层上。进一步地，该复合保护层能够在保持透光的情况下具有较高的力学强度和化学稳定性，一方面阻止外界杂质影响钙钛矿层，提高钙钛矿太阳电池的长期稳定性。另一方面也能够在制备第二电荷提取层以及位于钙钛矿层上方的其他功能层时保护钙钛矿层，能够拓宽第二电荷提取层以及其他功能层的实际制备工艺，使得第二电荷提取层以及其他功能层能够以更为简单的工艺进行制备。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一种钙钛矿太阳电池的示意图；
图2为为图1中的钙钛矿太阳电池的制备方法的步骤示意图；
图3为一种衬底的结构示意图；
图4为在图3所示结构的基础上制备第一电荷提取层的结构示意图；
图5为在图4所示结构的基础上制备钙钛矿层的结构示意图；
图6为在图5所示结构的基础上制备氮化硼层和石墨烯材料层的结构示意图；
图7为在图6所示结构的基础上制备第二电荷提取层的结构示意图；
其中，各附图标记及其含义如下：
100、基材；110、第一电极；120、第一电荷提取层；130、钙钛矿层；140、复合保护层；141、氮化硼层；142、石墨烯材料层；150、第二电荷提取层；160、第二电极。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的首选实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本公开的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。电连接的方式用于表示电流可以在电连接的多个元件之间传导，其具体方式可以是一个元件直接接触另一个元件，也可以是一个元件通过其他导电元件连接至另一个元件。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
本公开提供了一种钙钛矿太阳电池，其包括：衬底、第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层；第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层依次层叠设置于衬底上，复合保护层包括依次层叠设置于钙钛矿层上的氮化硼层和石墨烯材料层。
其中，氮化硼层中包括可以包括六方氮化硼，石墨烯材料层中包括石墨烯。六方氮化硼和石墨烯的晶格结构较为相似，均为六边形平面状结构。因此，石墨烯与六方氮化硼之间具有较好的晶格匹配性。石墨烯与六方氮化硼在极少的层数时即能够体现出较强的渗透阻挡性，因此石墨烯与六方氮化硼能够有效地抑制钙钛矿材料与外界其他材料的接触。
在本公开的至少一个实施例的钙钛矿太阳电池中，包括依次层叠设置的第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层。其中，复合保护层包括依次层叠设置的氮化硼层和石墨烯材料层。其中，氮化硼层与石墨烯材料层的晶格匹配度较高，可以作为石墨烯材料层的制备基底，因此该复合保护层能够稳定设置于钙钛矿层上。进一步地，该复合保护层能够在保持透光的情况下具有较高的力学强度和化学稳定性，一方面阻止外界杂质影响钙钛矿层，提高钙钛矿太阳电池的长期稳定性。另一方面也能够在制备第二电荷提取层以及位于钙钛矿层上方的其他功能层时保护钙钛矿层，能够拓宽第二电荷提取层以及其他功能层的实际制备工艺，使得第二电荷提取层以及其他功能层能够以更为简单的工艺进行制备。
为了便于理解本公开提供的钙钛矿太阳电池的具体结构，图1为一种钙钛矿太阳电池的示意图。
参照图1所示，一种钙钛矿太阳电池，其包括衬底、第一电荷提取层120、钙钛矿层130、复合保护层140和第二电荷提取层150；第一电荷提取层120、钙钛矿层130、复合保护层140和第二电荷提取层150依次层叠设置于衬底上，复合保护层140包括依次层叠设置于钙钛矿层130上的氮化硼层141和石墨烯材料层142。
进一步地，在该实施例的一些示例中，该钙钛矿太阳电池的衬底包括基材100和第一电极110，该钙钛矿太阳电池还包括第二电极160。
其中，基材100用于承载各功能层。在该实施例的一些示例中，基材100可以是透明的材料。例如，基材100可以选自玻璃或透明高分子材料。透明高分子材料可以是聚对苯二甲酸乙二酯（PET）或聚酰亚胺（PI）。在该实施例中，基材100为聚对苯二甲酸乙二酯。
在该实施例的一些示例中，第一电极110的材料可以包括透明导电金属氧化物。例如，透明导电氧化物可以选自氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化铝锌和掺氟氧化锡中的一种或多种。在该实施例中，透明导电氧化物可以是氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，第一电荷提取层120可以是电子传输层。进一步地，第一电荷提取层120的材料可以选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛、氧化钨和氧化铟镓锌中的一种或多种。电子传输层用于将由钙钛矿层130产生的载流子导出至外电极，以形成可供使用的电流。
在该实施例的一些示例中，第一电荷提取层120的厚度可以是10nm~100nm。进一步地，第一电荷提取层120的厚度可以是10nm、20nm、30nm、50nm、80nm或100nm，或者，第一电荷提取层120的厚度也可以是上述厚度之间的范围。
其中，钙钛矿层130用于吸收光并产生光生载流子。钙钛矿层130指的是具有钙钛矿晶格结构的半导体材料。在该实施例的一些示例中，钙钛矿层130的材料可以包括通式为ABX3的化合物，其中A可以选自铯离子、甲脒离子（FA）和甲胺离子（MA）中的一种或多种，B可以选自铅离子，X可以选自卤素离子。在该实施例中，钙钛矿层130的材料可以是碘铅甲胺（MAPbI3）。
在该实施例的一些示例中，钙钛矿层130的厚度可以是100nm~1000nm。进一步地，钙钛矿层130的厚度可以是100nm、200nm、300nm、500nm、800nm或1000nm，或者，钙钛矿层130的厚度也可以是上述厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，氮化硼层141直接接触于钙钛矿层130。进一步地，氮化硼层141覆盖于钙钛矿层130远离第一电荷提取层120的一侧表面。其中，氮化硼层141中可以包括六方氮化硼，六方氮化硼具有层状结构。
在该实施例的一些示例中，氮化硼层141的厚度≤10nm。例如，氮化硼层141的厚度可以是1nm~10nm。进一步地，氮化硼层141的厚度可以是1nm、2nm、3nm、5nm、8nm或10nm，或者，氮化硼层141的厚度也可以是上述厚度之间的范围。通过设置氮化硼层141的厚度较薄，有助于载流子隧穿通过氮化硼层141，尽可能降低载流子的损耗。
在该实施例的一些示例中，石墨烯材料层142直接接触于氮化硼层141。进一步地，石墨烯材料层142覆盖于氮化硼层141远离钙钛矿层130的一侧表面。
在该实施例的一些示例中，石墨烯材料层142的厚度≤10nm。例如，石墨烯材料层142的厚度可以是1nm~10nm。进一步地，石墨烯材料层142的厚度可以是1nm、2nm、3nm、5nm、8nm或10nm，或者，石墨烯材料层142的厚度也可以是上述厚度之间的范围。
通过采用层叠设置的氮化硼层141和石墨烯材料层142作为复合保护层140，其中将氮化硼层141直接设置于钙钛矿层130表面，能够起到钝化钙钛矿层130的作用。另外，氮化硼层141与石墨烯之间的晶格较为匹配，以其作为石墨烯材料层142的附着基底，能够保证复合保护层140整体较为稳定不脱落。该复合保护层140对于钙钛矿层130具有较为有效的保护作用，能够在基本不影响载流子传导率的情况下保证钙钛矿层130的长期稳定性。
在传统技术中，钙钛矿层130通常直接接触于电荷提取层，以保证钙钛矿层130与电荷提取层之间具有较高的载流子传输效率。于本公开提供的钙钛矿太阳电池中，进一步在钙钛矿层130与第二电荷提取层150中间设置了复合保护层140，该复合保护层140能够在基本不影响载流子传导率的情况下保证钙钛矿层130的长期稳定性。进一步地，该复合保护层140对于后续溅射过程中产生的高速粒子具有较强的阻挡能力，这使得第二电荷提取层150能够通过溅射的方式制备。
在该实施例的一些示例中，第二电荷提取层150可以是空穴传输层。进一步地，第二电荷提取层150的材料可以选自镍氧化物、铜氧化物、硫化铜、硫化钼、钒氧化物、氧化钨和硫氰酸铜中的一种或多种。空穴传输层用于将由钙钛矿层130产生的空穴导出至外电极，以形成可供使用的电流。
在该实施例的一些示例中，第二电荷提取层150的厚度可以是10nm~100nm。进一步地，第二电荷提取层150的厚度可以是10nm、20nm、30nm、50nm、80nm或100nm，或者，第二电荷提取层150的厚度也可以是上述厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，第二电极160的材料可以是金属材料。例如，第二电极160的材料可以选自铜、银、铝、金和钼中的一种或多种。
在该实施例的一些示例中，第二电极160的厚度可以是50nm~500nm。进一步地，第二电极160的厚度可以是50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm，或者，第二电极160的厚度也可以是上述厚度之间的范围。
可以理解，在该实施例的钙钛矿太阳电池中，依次层叠设置在衬底上的各层可以按照其层叠顺序依次制备。在该实施例中，空穴传输层设置于钙钛矿层130上方。然而，在其他实施例中，也可以将空穴传输层设置于钙钛矿层130下方、并将电子传输层设置于钙钛矿层130上方。这也属于本公开所提供的钙钛矿太阳电池的范围。
图2为图1中的钙钛矿太阳电池的制备方法的步骤示意图。参照图2所示，该钙钛矿太阳电池的制备方法包括步骤S1~步骤S5。
步骤S1，提供衬底。
图3为一种衬底的结构示意图。
在该实施例的一些示例中，参照图3所示，在该实施例的一些示例中，衬底包括基材100以及设置于基材100上的第一电极110。
在该实施例的一些示例中，提供衬底的步骤包括：提供基材100，以及在基材100上制备第一电极110。
在该实施例中，基材100可以选自玻璃或透明高分子材料。在该实施例中，基材100为聚对苯二甲酸乙二酯。
在该实施例的一些示例中，基材100的长度可以是1m~10000m。可以理解，对于较长的基材100，可以采用逐渐移动基材100的方式以在基材100的表面逐渐制备位于上方的各材料层。这是一种连续的生产方式，能够有效提高该钙钛矿太阳电池的制备效率。
在该实施例的一些示例中，第一电极110的材料可以包括透明导电金属氧化物。在该实施例中，透明导电氧化物可以是氧化铟锡。
在该实施例的一些示例中，在基材100上制备第一电极110的步骤可以包括：将基材100置于磁控溅射腔室中，对基材100进行等离子体清洗处理，再于基材100表面溅射沉积第一电极110的材料。其中，进行等离子体清洗处理的过程中，所用的气体为保护性气体。例如，可以采用氩气和氮气的混合气体对基材100进行等离子体清洗处理。
在该实施例的一些示例中，于基材100表面溅射沉积第一电极110之后，可以对第一电极110进行第一激光划线处理，以形成图案化的第一电极110。其中，形成图案化的第一电极110的作用是为了最终制备出多个钙钛矿太阳电池。
步骤S2，在衬底上制备第一电荷提取层120。
图4为在图3所示结构的基础上制备第一电荷提取层120的结构示意图。
在该实施例的一些示例中，第一电荷提取层120可以是电子传输层。进一步地，第一电荷提取层120的材料可以选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛、氧化钨和氧化铟镓锌中的一种或多种。在该实施例中，第一电荷提取层120的材料是氧化锡。
在该实施例的一些示例中，制备第一电荷提取层120的方式可以是溅射。例如，可以采用氧化锡作为靶材，以在第一电极110上制备第一电荷提取层120。进一步地，制备第一电荷提取层120的方式可以是磁控溅射。
在该实施例的一些示例中，可以控制第一电荷提取层120的厚度为10nm~100nm。
其中，磁控溅射是一种能够大面积、大规模的制备方式，具有过程简单以及制备效率较高的优点。为了进一步提高效率，制备第一电荷提取层120的溅射腔室可以与制备第一电极110的溅射腔室相同，或者，制备第一电荷提取层120的溅射腔室可以与制备第一电极110的溅射腔室相连接。可以理解，当溅射腔室相同时，只需要在该溅射腔室中同时设置多个溅射靶材即可分别制备第一电荷提取层120和第一电极110。
步骤S3，在第一电荷提取层120上制备钙钛矿层130。
图5为在图4所示结构的基础上制备钙钛矿层130的结构示意图。
在该实施例的一些示例中，钙钛矿层130的材料可以包括通式为ABX3的化合物，其中A可以选自铯离子、甲脒离子（FA）和甲胺离子（MA）中的一种或多种，B可以选自铅离子，X可以选自卤素离子。在该实施例中，钙钛矿层130的材料可以是甲基碘化胺（MAPbI3）。
在该实施例的一些实例中，制备钙钛矿层130的方式可以是溅射。例如，采用磁控溅射的方式制备钙钛矿层130。
其中，采用溅射法制备钙钛矿层130时，可以采用钙钛矿材料作为靶材。例如，可以将碘铅甲胺作为钙钛矿靶材。可以理解，该碘铅甲胺容易在空气中变质，因此，该钙钛矿靶材可以在制备完成后直接置于溅射腔室中，以保证其质量。
在该实施例的一些示例中，可以控制钙钛矿层130的厚度为100nm~1000nm。
为了进一步提高效率，制备钙钛矿层130的溅射腔室可以与制备第一电荷提取层120的溅射腔室相同，或者，制备钙钛矿层130的溅射腔室可以与制备第一电荷提取层120的溅射腔室相连接。
步骤S4，在钙钛矿层130上依次制备氮化硼层141和石墨烯材料层142。
图6为在图5所示结构的基础上制备氮化硼层141和石墨烯材料层142的结构示意图。
参照图6所示，氮化硼层141和石墨烯材料层142组成设置于钙钛矿层130上的复合保护层140。
在该实施例的一些示例中，氮化硼层141接触于钙钛矿层130，石墨烯材料层142接触于氮化硼层141。
在该实施例的一些示例中，通过磁控溅射的方式制备氮化硼层141，以及，通过磁控溅射的方式制备石墨烯材料层142。
在该实施例的一些示例中，在制备氮化硼层141的步骤中，采用六方氮化硼作为溅射靶材。
在该实施例的一些示例中，在制备氮化硼层141的步骤中，可以控制磁控溅射的功率为200W~350W。制备氮化硼层141时可以采用较低的溅射功率进行制备，这能够尽可能降低制备氮化硼层141时钙钛矿层130所受到的损伤。此时，氮化硼层141主要用于作为后续制备的石墨烯材料层142的生长基底，并使得石墨烯材料层142能够稳定结合于钙钛矿层130上，以提供较好的阻挡性能。
在该实施例的一些示例中，在制备氮化硼层141的步骤中，可以控制溅射时间为1min~10min。通过控制溅射时间，能够控制氮化硼层141的厚度，进而尽可能降低引入氮化硼层141对于载流子传导带来的影响。
在该实施例的一些示例中，在制备石墨烯材料层142的步骤中，可以采用石墨作为溅射靶材。
在该实施例的一些示例中，在制备石墨烯材料层142的步骤中，可以控制磁控溅射的功率为300W~400W。例如，可以控制溅射的功率为300W、320W、350W、380W、400W，或者，也可以控制溅射的功率在上述任意两功率之间的范围。其中，氮化硼层141可以作为石墨烯材料层142的生长基底。由于六方氮化硼具有与石墨烯相似的晶格，因此在磁控溅射的过程中，石墨靶材能够在六方氮化硼上自发形成石墨烯材料层142。并且，预先制备的氮化硼层141还可以阻挡溅射过程中的粒子。这能够在形成较为致密的石墨烯材料层142的同时，降低溅射过程对钙钛矿层130带来的影响。
在该实施例的一些示例中，在制备石墨烯材料层142的步骤中，控制溅射时间为1min~10min。通过控制溅射时间，能够控制石墨烯材料层142的厚度，进而尽可能降低引入石墨烯材料层142对于载流子传导带来的影响。
在该实施例的一些示例中，制备氮化硼层141和制备石墨烯材料层142的溅射腔室可以与制备钙钛矿层130的溅射腔室相同，或者，制备氮化硼层141和制备石墨烯材料层142的溅射腔室可以与制备钙钛矿层130的溅射腔室相连接，这能够提高氮化硼层141和石墨烯材料层142的制备效率。
步骤S5，在石墨烯材料层142上制备第二电荷提取层150。
图7为在图6所示结构的基础上制备第二电荷提取层150的结构示意图。
参照图7所示，第二电荷提取层150设置于石墨烯材料层142上。
在该实施例的一些示例中，第二电荷提取层150可以是空穴传输层。进一步地，第二电荷提取层150的材料可以选自镍氧化物（NiOx）、铜氧化物（CuOx）、硫化铜、硫化钼、钒氧化物（VOx）、氧化钨和硫氰酸铜中的一种或多种。其中，以无机材料作为空穴传输层，则该空穴传输层也能够通过溅射的方式进行制备。
在该实施例的一些示例中，制备第二电荷提取层150的方式也可以是溅射。例如，可以采用镍氧化物作为靶材，以在石墨烯材料层142上制备第二电荷提取层150。进一步地，制备第二电荷提取层150的方式可以是磁控溅射。
传统技术中通常采用有机材料作为空穴传输层，并采用涂布的方法进行制备，而不会采用溅射的方法进行制备。尽管溅射法具有更高的生产效率，但是在溅射过程中产生的高能粒子直接轰击在已经制备的钙钛矿层130上，这会明显损伤钙钛矿层130的表面，导致钙钛矿太阳电池的性能产生明显降低。
在该实施例中，由于预先制备了石墨烯材料层142，因此在通过溅射法制备第二电荷提取层150的过程中，石墨烯材料层142阻挡了第二电荷提取层150的材料的轰击。这能够在实现通过溅射法制备第二电荷提取层150的同时，减少或避免钙钛矿层130所受到的损伤。
在该实施例的一些示例中，第二电荷提取层150的厚度可以是10nm~100nm。
在该实施例的一些示例中，制备第二电荷提取层150的溅射腔室可以与制备石墨烯材料层142的溅射腔室相同，或者，制备第二电荷提取层150的溅射腔室可以与制备石墨烯材料层142的溅射腔室相连接，这能够提高第二电荷提取层150的制备效率。
在该实施例的一些示例中，在制备第二电荷提取层150之后，还可以对制备的第二电荷提取层150、钙钛矿层130和第一电荷提取层120进行第二激光划线处理。可以理解，第二激光划线处理的位置可以与第一激光划线处理的位置存在少许错位，以便于使得最终制备的多个钙钛矿太阳电池之间实现串联。
在该实施例的一些示例中，在制备第二电荷提取层150之后，还可以包括制备第二电极160的步骤。
在该实施例的一些示例中，第二电极160的材料可以是金属材料。例如，第二电极160的材料可以选自铜、银、铝、金和钼中的一种或多种。
在该实施例的一些示例中，第二电极160的厚度可以是50nm~500nm。
其中，在溅射金属靶材时，通常需要较高的溅射功率，这也会对钙钛矿层130造成影响。因此传统技术中通常采用蒸镀的方式制备电极而不是溅射。
在该实施例的一些示例中，制备第二电极160的方式也可以是溅射，例如磁控溅射。可以理解，在该制备方法中预先制备了石墨烯材料层142。通过制备较为致密的平面型石墨烯材料层142，能够降低金属粒子在溅射过程中的能量，从而降低或避免钙钛矿层130的损伤。
在该实施例的一些示例中，制备第二电极160的溅射腔室可以与制备第二电荷提取层150的溅射腔室相同，或者，制备第二电极160的溅射腔室可以与制备第二电荷提取层150的溅射腔室相连接，这能够提高第二电极160的制备效率。
可以理解，在该实施例中，通过磁控溅射的方式在磁控溅射腔室中依次制备第一电荷提取层120、钙钛矿层130、氮化硼层141、石墨烯材料层142和第二电荷提取层150。因此，本公开的钙钛矿太阳电池中的大部分膜层可以采用连贯的溅射法进行制备。溅射法是一种低成本、大面积的制备方式，而通过连续的溅射法制备各层，能够进一步提高钙钛矿太阳电池的生产效率。另外，通过溅射法制备的氮化硼层141和石墨烯材料层142，能够在提高其生产效率的同时减少溅射法对钙钛矿太阳电池的效率的负面影响。
可以理解，通过步骤S1~步骤S5的制备方式，能够制备得到如图1所示的钙钛矿太阳电池。
可以理解，在该实施例的钙钛矿太阳电池的制备方式中，先制备了电子传输层、再于钙钛矿层上制备空穴传输层。然而，在其他实施例中，也可以先制备空穴传输层、再于钙钛矿层上制备电子传输层。这也属于本公开所提供的钙钛矿太阳电池的范围。
另外，传统技术中通常采用涂布的方式制备钙钛矿层、电荷提取层，并采用蒸镀的方式制备电极，这些制备方式需要采用多种溶剂，并且还需要额外进行干燥、退火处理以及转运操作，因此其制造成本明显较高、能耗较高、生产时间也明显较长。如上述实施例的制备方式采用溅射的方式依次制备钙钛矿层、复合保护层、第二电荷提取层和第二电极，能够在一条溅射生产线上依次制备，也无需干燥或退火处理，具有成本较低、能耗较低以及生产时间较快的优势，是一种较为理想的太阳电池的生产方式。
进一步地，本公开还提供了一种光伏组件，该光伏组件包括封装结构和由封装结构封装的钙钛矿太阳电池。该钙钛矿太阳电池是上述实施例提供的钙钛矿太阳电池，或者是由上述实施例提供的钙钛矿太阳电池的制备方法制备得到的钙钛矿太阳电池。
为了便于理解本公开的钙钛矿太阳电池及其制备方法的实施方式及优点，本公开还提供了如下的实施例和对比例。
实施例1
提供对苯二甲酸乙二酯薄膜作为基材，将基材置于磁控溅射腔室中，通入氩气和氮气，对基材进行等离子体清洗30min；
在基材表面溅射氧化铟锡作为第一电极；
在第一电极上溅射沉积厚度为20nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射厚度为300nm的碘铅甲胺作为钙钛矿层；
采用氮化硼作为靶材，控制溅射功率为250W，溅射时间为3min，在钙钛矿层上溅射厚度为2nm的六方氮化硼作为氮化硼层；
采用石墨作为靶材，控制溅射功率为350W，溅射时间为5min，在氮化硼层上溅射厚度为5nm的石墨烯，作为石墨烯材料层；
在石墨烯材料层上溅射沉积厚度为20nm的二硫化钼（MoS2）作为空穴传输层；
在空穴传输层上溅射沉积厚度为200nm的银作为第二电极。
实施例2
提供对苯二甲酸乙二酯薄膜作为基材，将基材置于磁控溅射腔室中，通入氩气和氮气，对基材进行等离子体清洗30min；
在基材表面溅射氧化铟锡作为第一电极；
在第一电极上溅射沉积厚度为20nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射厚度为300nm的碘铅甲胺作为钙钛矿层；
采用氮化硼作为靶材，控制溅射功率为250W，溅射时间为3min，在钙钛矿层上溅射厚度为5nm的六方氮化硼作为氮化硼层；
采用石墨作为靶材，控制溅射功率为350W，溅射时间为5min，在氮化硼层上溅射厚度为8nm的石墨烯，作为石墨烯材料层；
在石墨烯材料层上溅射沉积厚度为20nm的二硫化钼（MoS2）作为空穴传输层；
在空穴传输层上溅射沉积厚度为200nm的银作为第二电极。
对比例1
提供对苯二甲酸乙二酯薄膜作为基材，将基材置于磁控溅射腔室中，通入氩气和氮气，对基材进行等离子体清洗30min；
在基材表面溅射氧化铟锡作为第一电极；
在第一电极上溅射沉积厚度为20nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射厚度为300nm的碘铅甲胺作为钙钛矿层；
在钙钛矿层上溅射沉积厚度为20nm的二硫化钼（MoS2）作为空穴传输层；
在空穴传输层上溅射沉积厚度为200nm的银作为第二电极。
对比例2
提供对苯二甲酸乙二酯薄膜作为基材，将基材置于磁控溅射腔室中，通入氩气和氮气，对基材进行等离子体清洗30min；
在基材表面溅射氧化铟锡作为第一电极；
在第一电极上溅射沉积厚度为20nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射厚度为300nm的碘铅甲胺作为钙钛矿层；
采用石墨作为靶材，控制溅射功率为350W，溅射时间为5min，在钙钛矿层上溅射厚度为5nm的石墨烯，作为石墨烯材料层；
在石墨烯材料层上溅射沉积厚度为20nm的二硫化钼（MoS2）作为空穴传输层；
在空穴传输层上溅射沉积厚度为200nm的银作为第二电极。
对比例3
提供对苯二甲酸乙二酯薄膜作为基材，将基材置于磁控溅射腔室中，通入氩气和氮气，对基材进行等离子体清洗30min；
在基材表面溅射氧化铟锡作为第一电极；
在第一电极上溅射沉积厚度为20nm的氧化锡（SnO2）作为电子传输层；
在电子传输层上溅射厚度为300nm的碘铅甲胺作为钙钛矿层；
采用氮化硼作为靶材，控制溅射功率为250W，溅射时间为3min，在钙钛矿层上溅射厚度为2nm的六方氮化硼作为氮化硼层；
在氮化硼层上溅射沉积厚度为20nm的二硫化钼（MoS2）作为空穴传输层；
在空穴传输层上溅射沉积厚度为200nm的银作为第二电极。
试验：测试上述各实施例和对比例的钙钛矿电池的初始转换效率，以及测试各实施例和对比例的钙钛矿电池的转换效率下降至初始转换效率的90%时的工作时间，记为T90寿命，结果可见于表1。
表1
参照表1所示，实施例1和实施例2制备的太阳电池的初始转换效率能够达到14%以上，并且其T90寿命能够达到1500h以上。该结果与传统技术中通过涂布法制备空穴传输层以及通过蒸镀法制备第二电极时所获得的转换效率较为相似。这说明先制备氮化硼层、再制备石墨烯材料层形成的整体复合保护层能够在基本不损伤钙钛矿层的情况下，对钙钛矿层起到较好的保护作用，从而使得钙钛矿太阳电池能够保持较好的初始转换效率。
与之相对的是，对比例1中并未制备氮化硼层和石墨烯材料层，其初始转换效率仅有7.45%，并且T90寿命明显较低，这主要是因为在溅射制备空穴传输层和第二电极的过程中，高能粒子对于钙钛矿层产生了较大的损伤。对比例2中仅制备了石墨烯材料层，其初始转换效率反倒比对比例1低，这主要是由于在溅射石墨烯材料层时会明显导致钙钛矿层的损伤，但是其具有稍高的T90寿命，这主要得益于石墨烯材料层的阻挡作用。对比例3中仅制备了氮化硼层，其初始转换效率与对比例1相似，其T90寿命与对比例1基本相同，这说明单独的氮化硼层并不能够阻挡后续溅射过程中产生的高能粒子对于钙钛矿层带来的损伤。
如实施例1和实施例2的制备方式采用溅射的方式依次制备钙钛矿层、复合保护层、第二电荷提取层和第二电极，能够在一条溅射生产线上依次制备，也无需干燥或退火处理，具有成本较低、能耗较低以及生产时间较快的优势，是一种较为理想的太阳电池的生产方式。
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本公开的限制。
应该理解的是，除非本文中有明确的说明，的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，的步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳电池包括：衬底、第一电荷提取层、钙钛矿层、复合保护层和第二电荷提取层；所述第一电荷提取层、所述钙钛矿层、所述复合保护层和所述第二电荷提取层依次层叠设置于所述衬底上，所述复合保护层包括依次层叠设置于所述钙钛矿层上的氮化硼层和石墨烯材料层；所述钙钛矿太阳电池的制备方法包括如下步骤：
提供所述衬底；
在所述衬底上制备所述第一电荷提取层；
通过溅射的方式在所述第一电荷提取层上制备所述钙钛矿层；
通过溅射的方式在所述钙钛矿层上依次制备所述氮化硼层和所述石墨烯材料层，形成所述复合保护层；
通过溅射的方式在所述石墨烯材料层上制备第二电荷提取层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述氮化硼层的厚度≤10nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述石墨烯材料层的厚度≤10nm。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述氮化硼层直接接触于所述钙钛矿层，所述石墨烯材料层直接接触于所述氮化硼层。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第一电荷提取层为电子传输层，所述第一电荷提取层的材料选自富勒烯、氧化锡、硫化钨、氧化锌、氧化钛、氧化钨和氧化铟镓锌中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第二电荷提取层为空穴传输层，所述第二电荷提取层的材料选自镍氧化物、铜氧化物、硫化铜、硫化钼、钒氧化物、氧化钨和硫氰酸铜中的一种或多种。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，在制备所述氮化硼层的步骤中，采用六方氮化硼作为溅射靶材，控制溅射的功率为200W~350W，控制溅射时间为1min~10min；和/或，
在制备所述石墨烯材料层的步骤中，采用石墨作为溅射靶材，控制溅射的功率为300W~400W，控制溅射时间为1min~10min。
8.根据权利要求1~6任意一项所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，通过溅射的方式在溅射腔室中依次制备所述第一电荷提取层、所述钙钛矿层、所述氮化硼层、所述石墨烯材料层和所述第二电荷提取层。
9.根据权利要求1~6任意一项所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述衬底包括基材以及设置于所述基材上的第一电极，在制备所述第一电荷提取层之前，还包括对所述基材进行等离子体清洗的步骤；和/或，
在制备所述第二电荷提取层之后，还包括在所述第二电荷提取层上制备第二电极的步骤，所述第二电极通过溅射的方式制备。
10.一种光伏组件，其特征在于，包括封装结构和由所述封装结构封装的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池是由权利要求1~9任一项所述的钙钛矿太阳电池的制备方法制备得到的钙钛矿太阳电池。
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