CN116685155B - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置 - Google Patents

太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及太阳能电池技术领域，公开了一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置。该太阳能电池包括：沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层；其中，第一电极层的材料的功函数或接触势大于第二电极层的材料的功函数或接触势；钙钛矿层包括沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，第一表面靠近第一电极层，第二表面靠近第二电极层。本申请实施例的技术方案中，太阳能电池的性能有所提升。

Description

太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置。
背景技术
近年来，全球能源短缺和环境污染问题日益突出，太阳能电池作为理想的可再生能源受到越来越多的重视。太阳能电池，又称为光伏电池，是一种通过光电效应或光化学效应将光能直接转化为电能的装置。其在诞生后的几年内迅速获得了较高的光电转换效率，具有良好的应用前景。
随着太阳能电池技术的发展，人们对太阳能电池的性能要求越来越高，比如太阳能电池的效率、稳定性等。因此，如何提高太阳能电池的性能是一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置，以提高太阳能电池的性能。
第一方面，提供了一种太阳能电池，包括：沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层；其中，所述第一电极层的材料的功函数或接触势大于所述第二电极层的材料的功函数或接触势；所述钙钛矿层包括沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，所述第一表面靠近所述第一电极层，所述第二表面靠近所述第二电极层。
本申请实施例提供了一种太阳能电池，包括沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层。太阳能电池中，非平衡载流子的选择性传输主要依靠太阳能电池的电子传输层材料与空穴传输层材料，需要对电子传输层材料和空穴传输层材料进行单独制备，制备工艺较为复杂，且由于传输层材料均有一定的寄生吸收，导致电池的光生电流的降低，影响电池的性能。本申请实施例的技术方案中，太阳能电池的第一电极层和第二电极层之间仅设置钙钛矿层，且钙钛矿层具有沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，第一表面靠近第一电极层，第二表面靠近第二电极层，第一电极层的材料的功函数或接触势大于第二电极层的材料的功函数或接触势。这样，太阳能电池具有非对称能带结构的钙钛矿层，且第一电极层和第二电极层的电极材料具有不同的功函数或接触势，从而实现载流子的非对称流动。本申请实施例提供的太阳能电池，结构简单，易于制备，且提高了太阳能电池的光生电流，从而提高太阳能电池的效率。
在一种可能的实现方式中，所述钙钛矿层还包括添加剂，所述添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
钙钛矿层中包括符合上述要求的添加剂，可以使得钙钛矿层的不同表面形成不同的能带弯曲。
在一种可能的实现方式中，所述添加剂包括自组装材料和量子点。
在一种可能的实现方式中，所述自组装材料包括磷酸咔唑类自组装材料，所述量子点包括金属氧化物量子点。
在一种可能的实现方式中，所述磷酸咔唑类自组装材料包括4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸，[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸中的至少一种；所述金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，A包括CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择钙钛矿的具体种类。
在一种可能的实现方式中，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；所述第二电极层的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择第一电极层和第二电极层的材料的具体种类。
在一种可能的实现方式中，所述第一方向为太阳光的入射方向，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为10nm~200nm。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为40nm~80nm。
当第一方向为太阳光的入射方向时，太阳光首先照射到第一电极层，第一电极层作为太阳光入射的正面电极，其厚度需设置在适宜范围内，使得太阳光可以穿过第一电极层，实现太阳能电池的光生电作用。
第二方面，提供了一种太阳能电池的制备方法，包括：提供沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层；其中，所述第一电极层的材料的功函数或接触势大于所述第二电极层的材料的功函数或接触势；所述钙钛矿层包括沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，所述第一表面靠近所述第一电极层，所述第二表面靠近所述第二电极层。通过该方法制备的太阳能电池，具有较高的电池效率。
在一种可能的实现方式中，所述提供沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层，包括：提供所述第一电极层；在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层；在所述钙钛矿层上制备所述第二电极层。通过该方法，便于得到沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层。
在一种可能的实现方式中，所述在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层，包括：制备钙钛矿溶液；在所述钙钛矿溶液中添加添加剂，混合搅拌，形成钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述第一电极层上，制得所述钙钛矿层。
通过在钙钛矿溶液中添加添加剂，使得在钙钛矿结晶过程中，添加剂逐渐沉积到上下界面，以形成对界面的掺杂和修饰，从而形成钙钛矿层的能带上弯曲的表面和能带下弯曲的表面。
在一种可能的实现方式中，所述添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
在一种可能的实现方式中，所述添加剂包括自组装材料和量子点。
上述物质用于添加剂添加到钙钛矿层中，可以使得钙钛矿层的不同表面形成不同的能带弯曲。
在一种可能的实现方式中，所述自组装材料包括磷酸咔唑类自组装材料，所述量子点包括金属氧化物量子点。
在一种可能的实现方式中，所述磷酸咔唑类自组装材料包括4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸，[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸中的至少一种；所述金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，A包括 CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择钙钛矿的具体种类。
在一种可能的实现方式中，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
在一种可能的实现方式中，所述在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层，包括：制备钙钛矿溶液，所述钙钛矿溶液中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3；将所述钙钛矿溶液蒸镀到所述第一电极层上，制得所述钙钛矿层，所述钙钛矿层的所述第一表面的钙钛矿和所述第二表面的钙钛矿不同；其中，在蒸镀过程中，调整钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中的CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Cs+、Sn2+、Pb2+、I-、Br-、Cl-的占比。
在一种可能的实现方式中，在所述蒸镀过程中，从所述第一表面到所述第二表面，钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中，y先从0.75增加至1，再从1减小至0，m从0.5减小至0，再从0增加至0.5，n从0.5增加至1，再从1减小至0.5，a为3；其中，在y从0.75增加至1时，z从0.25减小至0，x为0，在y从1减小至0时，x从0增加至1，z为0；所述钙钛矿层的所述第一表面的钙钛矿为[CH(NH2)2]0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3，所述钙钛矿层的所述第二表面的钙钛矿为(CH3NH2)Sn0.5Pb0.5I3。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；所述第二电极层的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择第一电极层和第二电极层的材料的具体种类。
在一种可能的实现方式中，所述第一方向为太阳光的入射方向，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为10nm~200nm。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为40nm~80nm。
当第一方向为太阳光的入射方向时，太阳光首先照射到第一电极层，第一电极层作为太阳光入射的正面电极，其厚度需设置在适宜范围内，使得太阳光可以穿过第一电极层，实现太阳能电池的光生电作用。
第三方面，提供了一种光伏组件，包括第一方面及其中任一种可能的实现方式中的太阳能电池。
第四方面，提供了一种光伏装置，包括第三方面中的光伏组件。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的太阳能电池的示意图；
图2为本申请一实施例的太阳能电池的示意图；
图3为本申请一实施例的太阳能电池的制备方法的示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
附图标记说明：太阳能电池10，第一电极层11，钙钛矿层12，第二电极层13，第一表面121，第二表面122。
具体实施方式
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的太阳能电池及其制备方法、光伏组件和光伏装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“和/或”是包括性的。举例来说，短语“A和/或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真（或存在）并且B为假（或不存在）；A为假（或不存在）而B为真（或存在）；或A和B都为真（或存在）。
太阳能电池因其较高的光电转换效率，具有良好的应用前景。在太阳能电池中，各膜层的设置对于太阳能电池的性能，例如稳定性和效率，至关重要。目前，太阳能电池中，非平衡载流子的选择性传输主要依靠太阳能电池的电子传输层材料与空穴传输层材料，需要对电子传输层材料和空穴传输层材料进行单独制备，制备工艺较为复杂，且由于传输层材料均有一定的寄生吸收，导致电池的光生电流的降低，影响电池的性能。
鉴于此，本申请实施例提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层。本申请实施例的技术方案中，太阳能电池的第一电极层和第二电极层之间仅设置钙钛矿层，且钙钛矿层具有沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，第一表面靠近第一电极层，第二表面靠近第二电极层，第一电极层的材料的功函数或接触势大于第二电极层的材料的功函数或接触势。这样，太阳能电池具有非对称能带结构的钙钛矿层，且第一电极层和第二电极层的电极材料具有不同的功函数或接触势，从而实现载流子的非对称流动。本申请实施例提供的太阳能电池，结构简单，易于制备，且提高了太阳能电池的光生电流，从而提高太阳能电池的效率。
[太阳能电池]
图1为本申请一实施例的太阳能电池的示意图。如图1所示，太阳能电池10包括沿第一方向依次排列的第一电极层11、钙钛矿层12和第二电极层13。
第一方向可以为太阳能电池1的厚度方向。例如，如图1所示，第一方向为x方向（箭头所指方向）。
钙钛矿层12为光吸收层，在受到太阳光照射时，钙钛矿层12可以产生电子-空穴对。钙钛矿层12中的材料包括钙钛矿材料，例如钙钛矿材料为甲基铵卤化铅。
本申请实施例提供的太阳能电池10中的钙钛矿层12还可以实现载流子传输的作用。
第一电极层11和第二电极层13为导电的膜层，连接第一电极层11和第二电极层13可以产生光电流，从而向用电装置供电。
具体地，第一电极层11的材料的功函数或接触势大于第二电极层13的材料的功函数或接触势。
功函数的定义为把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。一般情况下功函数指的是金属的功函数。
接触势的定义为两种自由电子密度不同的不同导体在接触处形成的电动势。一般情况下接触势指的是非金属的接触势。
具体地，钙钛矿层12具有沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面121和钙钛矿能带下弯曲的第二表面122，第一表面121靠近第一电极层11，第二表面122靠近第二电极层13。
能带弯曲是指当半导体表面存在垂直的外加电场时，半导体中各处静电势就不同，则能带就相应地发生弯曲，称为能带弯曲。
比如，N型半导体表面积累电子，内部失去电子，费米能级下降到巴丁极限（距离价带顶1/3Eg）处，半导体内部价带导带随费米能级向下移动，所以表面能带上弯曲。P型半导体表面失去电子，内部积累电子，费米能级抬高到巴丁极限，半导体内部价带导带随费米能级向上移动，所以表面能带下弯曲。
本申请实施例提供的一种太阳能电池10，包括沿第一方向依次排列的第一电极层11、钙钛矿层12和第二电极层13。本申请实施例的技术方案中，太阳能电池10的第一电极层11和第二电极层13之间仅设置钙钛矿层12，且钙钛矿层12具有沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面121和钙钛矿能带下弯曲的第二表面122，第一表面121靠近第一电极层11，第二表面122靠近第二电极层13，第一电极层11的材料的功函数或接触势大于第二电极层13的材料的功函数或接触势。这样，太阳能电池10具有非对称能带结构的钙钛矿层12，且第一电极层11和第二电极层13的电极材料具有不同的功函数或接触势，从而实现载流子的非对称流动。本申请实施例提供的太阳能电池10，结构简单，易于制备，且提高了太阳能电池10的光生电流，从而提高太阳能电池10的效率。
在一些实施例中，钙钛矿层12还包括添加剂，该添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
具体地，添加剂与钙钛矿材料的能带差值可以为-0.5eV、-0.3eV、0.1eV、0.3eV、0.5eV等。
应理解，添加剂与钙钛矿材料的能带差值可以为正数，比如0.5eV，也可以为负数，比如-0.5eV。该添加剂可以使得钙钛矿表面能带弯曲，比如，添加剂可以为能够使钙钛矿表面能带向上弯曲的自组装材料；再比如，添加剂可以为能够使钙钛矿表面能带向下弯曲的量子点材料。
可选地，在一些实施例中，自组装材料可以包括磷酸咔唑类自组装材料，具体地，磷酸咔唑类自组装材料可以包括4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸（MeO-4PACz）、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸（MeO-2PACz），[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸（Me-4PACz）、[(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸（Me-PACz）中的至少一种。
可选地，在一些实施例中，量子点材料可以包括金属氧化物量子点，具体地，金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
这里，提供一种能带弯曲方向的确定方法：使用KPFM测试系统测试钙钛矿表面电势，可以间接确定能带弯曲的方向。
应理解，可以利用上述方法确定能带弯曲的方向，但是能带弯曲方向的确定不仅限于上述提供的方法，还可以利用其他公知的方法确定能带弯曲的方向。
在一些实施例中，钙钛矿层12中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，A包括CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择钙钛矿的具体种类。
可选地，在一些实施例中，钙钛矿层12中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
在一些实施例中，第一电极层11的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；第二电极层13的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择第一电极层11和第二电极层13的材料的具体种类。
在一些实施例中，第一方向为太阳光的入射方向，第一电极层11的厚度d1的取值范围为10nm~200nm，可选地，d1的取值范围为40nm~80nm。比如，如图1所示，太阳光的入射方向为x方向（箭头所指方向）。
具体地，第一电极层11的厚度d1可以为10nm、20nm、40nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm，或是以上任意两个数值之间的数值。
当第一方向为太阳光的入射方向时，太阳光首先照射到第一电极层11，第一电极层11作为太阳光入射的正面电极，其厚度需设置在适宜范围内，使得太阳光可以穿过第一电极层11，实现太阳能电池的光生电作用。
可选地，第一方向可以为与太阳光的入射方向相反的方向，比如，如图2所示，第一方向为x方向（箭头所指方向），太阳光的入射方向为y方向（箭头所指方向），第二电极层13的厚度d2的取值范围为10nm~200nm，可选地，d2的取值范围为40nm~80nm。
具体地，第二电极层13的厚度d2可以为10nm、20nm、40nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm，或是以上任意两个数值之间的数值。
当第一方向为与太阳光的入射方向相反的方向时，太阳光首先照射到第二电极层13，第二电极层13作为太阳光入射的正面电极，其厚度需设置在适宜范围内，使得太阳光可以穿过第二电极层13，实现太阳能电池的光生电作用。
应理解，第一电极层11和第二电极层13的其中一个作为太阳光入射的正面电极，则另一个即作为太阳光入射的背电极。两者中的任一个作为太阳光入射的正面电极时，其厚度都优选设置在10nm~200nm范围内。
应理解，上述第一电极层11（或者是第二电极层13）的厚度可以为第一电极层11（或者是第二电极层13）的平均厚度。比如，作为太阳光入射的正面电极的金属电极层，其金属材料通常会做成网格状，那么金属电极层的厚度是不均一的，不同区域的厚度不同，此时则计算金属电极层的平均厚度，比如，电极的局部区域厚度与其面积在总面积中所占的比例的乘积的积分。例如，第一电极层11可以分为区域1、区域2、区域3…多个区域，其中，同一区域的不同位置的厚度近似相等，即区域1的各位置厚度近似相等，为d11，区域2的各位置厚度近似相等，为d12，区域3的各位置厚度近似相等，为d13，则第一电极层的厚度d1（平均厚度）=d11×（区域1的面积在第一电极层总面积中的占比）+d12×（区域2的面积在第一电极层总面积中的占比）+d13×（区域3的面积在第一电极层总面积中的占比）+……。
本申请实施例的技术方案中，第一电极层11和第二电极层13的厚度可以采用台阶仪进行测量，具体测量方法可以参考公知的台阶仪的测量方法。
[太阳能电池的制备方法]
图2为本申请一实施例的太阳能电池10的制备方法。如图2所示，制备方法200包括：提供沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层。
其中，第一电极层的材料的功函数或接触势大于第二电极层的材料的功函数或接触势；钙钛矿层包括沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，第一表面靠近第一电极层，第二表面靠近第二电极层。
通过上述制备方法200制备的太阳能电池，具有较高的电池效率。
在一些实施例中，制备方法200包括：提供第一电极层；在第一电极层11上制备钙钛矿层；在钙钛矿层上制备第二电极层。通过该方法，便于得到沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层。
在一些实施例中，制备方法200包括：提供第一电极层；制备钙钛矿溶液；在钙钛矿溶液中添加添加剂，混合搅拌，形成钙钛矿前驱体溶液；将钙钛矿前驱体溶液旋涂于第一电极层上，制得钙钛矿层；在钙钛矿层上制备第二电极层。
通过在钙钛矿溶液中添加添加剂，使得在钙钛矿结晶过程中，添加剂逐渐沉积到上下界面，以形成对界面的掺杂和修饰，从而形成钙钛矿层的能带上弯曲的表面和能带下弯曲的表面。
在一些实施例中，添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
在一些实施例中，添加剂包括自组装材料和量子点。
上述物质用于添加剂添加到钙钛矿层中，可以使得钙钛矿层的不同表面形成不同的能带弯曲。
在一些实施例中，自组装材料包括磷酸咔唑类自组装材料，量子点包括金属氧化物量子点；可选地，磷酸咔唑类自组装材料包括MeO-4PACz、MeO-2PACz，Me-4PACz、Me-PACz中的至少一种；可选地，金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
在一些实施例中，钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，A包括CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择钙钛矿的具体种类。
在一些实施例中，钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
在一些实施例中，在第一电极层上制备钙钛矿层，包括：制备钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3；将钙钛矿溶液蒸镀到第一电极层上，制得钙钛矿层，钙钛矿层的第一表面的钙钛矿和第二表面的钙钛矿不同；其中，在蒸镀过程中，调整钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中的CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Cs+、Sn2+、Pb2+、I-、Br-、Cl-的占比。
在一些实施例中，在蒸镀过程中，从钙钛矿层的第一表面到第二表面，钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中，y先从0.75增加至1，再从1减小至0，m从0.5减小至0，再从0增加至0.5，n从0.5增加至1，再从1减小至0.5，a为3；其中，在y从0.75增加至1时，z从0.25减小至0，x为0，在y从1减小至0时，x从0增加至1，z为0；钙钛矿层的第一表面的钙钛矿为[CH(NH2)2]0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3，钙钛矿层的第二表面的钙钛矿为(CH3NH2)Sn0.5Pb0.5I3。
在一些实施例中，第一电极层的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；第二电极层的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。这样，便于根据实际需要灵活选择第一电极层和第二电极层的材料的具体种类。
在一些实施例中，第一方向为太阳光的入射方向，第一电极层的厚度d1的取值范围为10nm~200nm，可选地，d1的取值范围为40nm~80nm。
当第一方向为太阳光的入射方向时，太阳光首先照射到第一电极层，第一电极层作为太阳光入射的正面电极，其厚度需设置在适宜范围内，使得太阳光可以穿过第一电极层，实现太阳能电池的光生电作用。
本申请实施例还提供一种光伏组件。通常情况下，光伏组件包括上述太阳能电池、将多个太阳能电池连接的焊带、用于电流传输的接线盒、电池封装部件。
在一些实施例中，电池封装部件包括光伏玻璃，光伏玻璃覆盖于上述太阳能电池，起到保护太阳能电池的作用。同时，光伏玻璃具有非常好的透光性和很高的硬度，可以适应很大的昼夜温差和恶劣的天气环境。
在一些实施例中，电池封装部件包括EVA薄膜，设置于光伏玻璃和太阳能电池之间，用于粘接光伏玻璃和太阳能电池。
在一些实施例中，电池封装部件包括光伏背板，光伏背板同样起到保护太阳能电池的作用。
可选地，光伏背板的材质可以为聚氟乙烯复合膜或者热塑性弹性材料。光伏背板的材料具有绝缘、防水、耐老化等特性。
在一些实施例中，电池封装部件包括太阳能铝边框，采用铝合金材质，具有强度高、耐腐蚀性好等特点。可以起到支撑和保护太阳能电池的作用。
本申请实施例还提供一种光伏装置，包括上述实施例提供的光伏组件。
在一些实施例中，光伏装置还可以为照明设备、储能设备等，本申请实施例包括但不限于此。比如，光伏装置可以为太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能光伏发电机等。
[实施例]
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
1、太阳能电池的制备
[实施例1]
实施例1对应图1所示的太阳能电池的结构。
第一电极层：使用丙酮-酒精-去离子水依次清洗玻璃基底，将清洗后的玻璃基底烘干。使用蒸镀设备在烘干后的玻璃基底的表面沉积一层60nm的单质碳，形成厚度d1为60nm的第一电极层，并用乙醇冲洗制得的具有第一电极层的玻璃基底。
钙钛矿层：将216mg的CH(NH2)2I、86mg的CH3NH2I及830mg的PbI2加入到1mL的DMF和DMSO混合的溶剂中（DMF和DMSO体积比为3:1），再加入0.3mg的MeO-4PACz和4mg的SnO2量子点，在磁力搅拌机上以600rpm的转速搅拌10h，过滤，制得钙钛矿前驱体溶液。将100μL的上述钙钛矿前驱体溶液旋涂到上述第一电极层11上（先以旋涂转速1000rpm、加速度200rpm/s旋涂10s，再以旋涂转速3000rpm、加速度1000rpm/s旋涂20s），然后滴加400μL的氯苯到旋涂的钙钛矿前驱体溶液上，接着再旋涂上述钙钛矿前驱体溶液（以旋涂转速4000rpm旋涂20s），然后转移至热台在100℃下退火10min，形成钙钛矿层。
第二电极层：在上述钙钛矿层上蒸镀一层60nm的金属银（Ag），形成第二电极层。最终制得实施例1的太阳能电池。
[实施例2-7]
实施例2-7与实施例1的制备相似，不同在于实施例2-7中，第一电极层的厚度d1分别为10nm、40nm、80nm、200nm、5nm、300nm。
[实施例8]
实施例8中的第一电极层和第二电极层的制备与实施例1中的第一电极层和第二电极层的制备相同，不同在于钙钛矿层的制备。实施例8中用蒸镀设备在第一电极层上蒸镀(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，蒸镀过程中调整CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Cs+、Sn2+、Pb2+、I-、Br-、Cl-的占比，具体地，先蒸镀[CH(NH2)2]0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3到第一电极层上，形成第一表面，接着调整气氛中各元素的占比（x为0，y从0.75增加至1，z从0.25减小至0，m从0.5减小至0，n从0.5增加至1），形成钙钛矿层的中间层，中间层的钙钛矿为[CH(NH2)2]PbI3，然后再调整气氛中各元素的占比（y从1减小至0，m从0增加至0.5，n从1减小至0.5，x从0增加至1，z为0），形成钙钛矿层的第二表面，第二表面的钙钛矿为(CH3NH2)Sn0.5Pb0.5I3，从而形成钙钛矿层。
[对比例1]
对比例1与实施例1的制备相似，不同在于对比例1中的钙钛矿层不包括SnO2量子点和MeO-4PACz自组装材料。
[对比例2]
对比例2与实施例1的制备相似，不同在于对比例2中的第一电极层的材料和第二电极层的材料均为ITO。
接下来，对太阳能电池性能的测试过程进行说明。
2、太阳能电池的性能测试
在标准模拟太阳光（AM 1.5G，100 mW/cm2）照射下，对电池性能进行测试，获取I-V曲线。根据I-V曲线以及测试设备反馈的数据可以得到短路电流Jsc（单位mA/cm2）、开路电压Voc（单位V）、最大光输出电流Jmpp（单位mA）和最大光输出电压Vmpp（单位V）。通过公式FF=Jsc×Voc/（Jmpp×Vmpp）计算出电池的填充因子FF，单位%。通过公式PCE=Jsc×Voc×FF/Pin计算出电池的光电转换效率PCE，单位%；Pin表示入射光的输入功率，单位mW。
按照上述方法分别对制备得到的实施例1-8、对比例1-2进行电池性能测试，测试结果详见表1。表1中，d1表示第一电极层的厚度。
表1：实施例1-8及对比例1-2的产品参数和性能测试结果
从实施例1-8与对比例1-2的结果比较可知，太阳能电池中的钙钛矿层的不同表面具有不同的能带弯曲，且能带上弯曲的表面靠近功函数或接触势较大的电极层、能带下弯曲的表面靠近功函数或接触势较小的电极层，太阳能电池的效率较高。
从实施例1-7的结果比较可知，太阳能电池中的第一电极层的厚度设置在适宜范围内，太阳能电池的效率提升效果更明显，在其他条件相同的情况下，第一电极层的厚度设置在10nm~200nm范围内，太阳能电池的效率提升效果更明显。
需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

Claims (26)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层；
其中，所述第一电极层的材料的功函数或接触势大于所述第二电极层的材料的功函数或接触势；
所述钙钛矿层包括沿所述第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，所述第一表面靠近所述第一电极层，所述第二表面靠近所述第二电极层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层还包括添加剂，所述添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述添加剂包括自组装材料和量子点。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述自组装材料包括磷酸咔唑类自组装材料，所述量子点包括金属氧化物量子点。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述磷酸咔唑类自组装材料包括4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸中的至少一种；
所述金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，
A包括CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；
所述第二电极层的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一方向为太阳光的入射方向，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为10nm~200nm。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为40nm~80nm。
11.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层；
其中，所述第一电极层的材料的功函数或接触势大于所述第二电极层的材料的功函数或接触势；
所述钙钛矿层包括沿第一方向相对的钙钛矿能带上弯曲的第一表面和钙钛矿能带下弯曲的第二表面，所述第一表面靠近所述第一电极层，所述第二表面靠近所述第二电极层。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述提供沿第一方向依次排列的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层，包括：
提供所述第一电极层；
在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层；
在所述钙钛矿层上制备所述第二电极层。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层，包括：
制备钙钛矿溶液；
在所述钙钛矿溶液中添加添加剂，混合搅拌，形成钙钛矿前驱体溶液；
将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述第一电极层上，制得所述钙钛矿层。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂与钙钛矿材料的能带差值的绝对值A满足：0eV＜A≤0.5eV。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括自组装材料和量子点。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述自组装材料包括磷酸咔唑类自组装材料，所述量子点包括金属氧化物量子点。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸咔唑类自组装材料包括4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸，[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸中的至少一种；
所述金属氧化物量子点包括SnO2量子点、TiO2量子点、ZnO量子点中的至少一种。
18.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为ABD3，其中，
A包括CH3(NH2)2 +、CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+、Ni2+中的至少一种，D包括F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、CNO-、OCN-、OSCN-、SH-、OH-、CP-、CN-、SeCN-、N3 -、NO2 -中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿层中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3。
20.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一电极层上制备所述钙钛矿层，包括：
制备钙钛矿溶液，所述钙钛矿溶液中的钙钛矿的化学式为(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤a≤3，0≤b≤3，0≤c≤3，且x+y+z=1，m+n=1，a+b+c=3；
将所述钙钛矿溶液蒸镀到所述第一电极层上，制得所述钙钛矿层，所述钙钛矿层的所述第一表面的钙钛矿和所述第二表面的钙钛矿不同；
其中，在蒸镀过程中，调整钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中的CH3NH2 +、CH(NH2)2 +、Cs+、Sn2+、Pb2+、I-、Br-、Cl-的占比。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，在所述蒸镀过程中，从所述第一表面到所述第二表面，钙钛矿(CH3NH2)x[CH(NH2)2]yCszSnmPbnIaBrbClc中，y先从0.75增加至1，再从1减小至0，m从0.5减小至0，再从0增加至0.5，n从0.5增加至1，再从1减小至0.5，a为3；
其中，在y从0.75增加至1时，z从0.25减小至0，x为0，在y从1减小至0时，x从0增加至1，z为0；
所述钙钛矿层的所述第一表面的钙钛矿为[CH(NH2)2]0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3，所述钙钛矿层的所述第二表面的钙钛矿为(CH3NH2)Sn0.5Pb0.5I3。
22.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述第一电极层的材料包括Ir、Be、C、Au、ITO中的至少一种；
所述第二电极层的材料包括Ag、Ga、Al、Cd、Sn、Cu中的至少一种。
23.根据权利要求11至22中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一方向为太阳光的入射方向，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为10nm~200nm。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述第一电极层的厚度d1的取值范围为40nm~80nm。
25.一种光伏组件，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池。
26.一种光伏装置，其特征在于，包括根据权利要求25所述的光伏组件。
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