CN116897436A - 太阳能电池以及其制备方法、光伏组件和用电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种太阳能电池以及其制备方法、光伏组件和用电装置。太阳能电池具有多个子电池，多个子电池均包括沿其自身厚度方向依次层叠设置的第一电极层、光电转换组件和第二电极层，第二电极层包括主体部和与主体部电连接的连接部，多个子电池中的其中一个子电池的连接部用于电连接另一个子电池的第一电极层，以使多个子电池电连接，其中，主体部的厚度大于连接部的厚度。太阳能电池的光电转换效率能够得到提高。

Description

太阳能电池以及其制备方法、光伏组件和用电装置 技术领域
本申请涉及电池生产技术领域，特别是涉及一种太阳能电池以及其制备方法、光伏组件和用电装置。
背景技术
随着太阳能电池是将光能直接转换成电能的光电转换器件，具有优异的光电性质和简单的制备方法，为光伏发电带来了新的空间和希望。
在太阳能电池的生产过程中，如何进一步提高其光电转换效率是亟待解决的问题。
发明内容
本申请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以及其制备方法、光伏组件和用电装置，旨在提高太阳能电池的光电转换效率。
为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提供一种太阳能电池，太阳能电池具有多个子电池，多个子电池均包括沿其自身厚度方向依次层叠设置的第一电极层、光电转换组件和第二电极层，第二电极层包括主体部和与主体部电连接的连接部，多个子电池中的其中一个子电池的连接部用于电连接另一个子电池的第一电极层，以使多个子电池电连接，其中，主体部的厚度大于连接部的厚度。
由此，本申请实施例在形成子电池的结构时，通过设置主体部的厚度大于连接部的厚度，一方面，能够对光电转换组件起到防护作用，降低外部水汽和氧侵入光电转换组件的风险，保证光电转换组件的性能，从而保证太阳能电池的光电转换效率；另一方面，在刻划第二镂空部时，部分主体部能够起到良好的热传导作用，刻划形成的第二镂空部的结构边缘的热岛较小，子电池的结构较为稳定，能够提高太阳能电池的光电转换效率。
在任意实施方式中，主体部的厚度与连接部的厚度的比值为A，1＜A≤20；可选地，1＜A≤10。A满足上述范围时，主体部不但可以对光电转换组件起到良好的防护作用，还可以提高太阳能电池的光电转换效率。
在任意实施方式中，主体部采用同一材质制成；可选地，主体部的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。主体部的内部基本无界面，能够提高主体部整体的结构稳定性。
在任意实施方式中，主体部包括第一部分和第二部分，第二部分位于第一部分的背离第一电极层的一侧，且第一部分和第二部分采用不同材质制成；可选地，第一部分和第二部分的材质各自独立地选取自金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。第一部分可以对光电转换组件进行良好的防护，并且可以在刻划过程中起到良好的热传导作用；第二部分可以起到良好的导电作用，有利于电子的传输。
在任意实施方式中，子电池包括用于阻挡第一电荷传输的阻挡层，阻挡层设置于光电转换组件和主体部之间；可选地，阻挡层的材质包括嵌段共聚物BCP、氟化锂LiF和氧化锡SnO 2中的至少一种。阻挡层能够在光电转换组件的界面阻挡空穴的传输，从而提高电子经光电转换组件传输至第二电极层的传输效率，并能够降低电子和空穴在光电转换组件的界面复合的风险，进一步提高电子的传输效率，从而提高太阳能电池的光电子转换效率。
在任意实施方式中，阻挡层的重量与主体部的重量的比值为B，0.001≤B≤0.2；可选地，0.005≤B≤0.1。B满足上述范围时，在阻挡层具有良好的阻挡空穴作用的基础上，主体部还可以对阻挡层起到良好的防护作用，提高太阳能电池的光电转换效率。
在任意实施方式中，阻挡层的厚度与主体部的厚度的比值为C，0.005≤C≤0.2；可选地，0.01≤C≤0.1。C满足上述范围时，在阻挡层具有良好的阻挡空穴作用的基础上，主体部还可以对阻挡层起到良好的防护作用，提高太阳能电池的光电转换效率。
在任意实施方式中，光电转换组件包括沿子电池的厚度方向依次层叠设置的第一电荷传输层、光电转换层和第二电荷传输层，第一电荷传输层位于第一电极层和光电转换层之间。
第一电荷传输层的材质包括聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]PTAA、(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物PEDOT、氧化镍NiOx、CuI和Cu 2O中的至少一种。第一电荷传输层设置于第一电极层和光电转换层之间，能够形成良好的欧姆接触，有效传输空穴，减少界面处的载流子复合，提高光电转换效率。
光电转换层的材质符合ABX3晶体结构，其中，A包括甲基铵MA、甲酰胺FA和铯Cs中的至少一种，B包括铅Pb、锡Sn和铜Cu中的至少一种，X包括溴Br、氯Cl和碘I中的至少一种。光电转换层可以吸收光子并将光转换为电子和空穴，并在内建电场的作用下分别向第一电荷传输层和第二电荷传输层传输。
第二电荷传输层的材质包括C60、氧化锡SnO 2、富勒烯衍生物PCBM和氧化钛TiO 2中的至少一种。在光电转换层和第二电极层之间设置第二电荷传输层，一方面能够降低光电转换层和第二电极层之间的能级式垒，有利于电子的传输，提高电子传输效率；另一方面，第二电荷传输层自身有利于传输电子，阻挡空穴，减少载流子在界面复合的风险。
在任意实施方式中，第一电极层的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。采用上述材质的第一电极层的导电性较好，有利于空穴的传输。
本申请第二方面提供了一种光伏组件，包括多个本申请第一方面实施例的太阳能电池。
本申请第三方面提供了一种用电装置，包括多个本申请第二方面实施例的光伏组件。
本申请第四方面提供了一种太阳能电池的制备方法，该方法包括：提供衬底；于衬底的一侧形成底电极，底电极包括间隔设置的多个第一电极层，以将太阳能电池分割为多个子电池；于多个第一电极层的背离衬底的表面均形成光电转换组件；于光电转换组件的背离衬底的表面形成第二电极层，第二电极层包括主体部和与主体部电连接的连接部，多个子电池的其中一个子电池的连接部用于电连接另一个子电池的第一电极层，以使多个子电池电连接，其中，主体部的厚度大于连接部的厚度。
在任意实施方式中，于光电转换组件的背离衬底的表面形成第二电极层的步骤，包括：于光电转换组件的背离衬底的表面形成第一部分；沿子电池的厚度方向依次去除第一部分和光电转换组件的部分区域，以形成镂空区；于第一部分的背离衬底的表面形成第二部分，并在镂空区内形成连接部，其中，第二部分和第一部分的材质不同。
在任意实施方式中，于光电转换组件和第二电极层之间设置有阻挡层，阻挡层用于阻挡空穴传输。
附图说明
下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；
图2是本申请一些实施例提供的光伏组件的示意性框图；
图3是本申请一些实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图4是图3在I处的一种放大示意图；
图5是图3在I处的另一种放大示意图；
图6是本申请另一些实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图7是图6在II处的一种放大示意图；
图8是本申请再一些实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图9是本申请一些实施例提供的太阳能电池的制备流程示意图；
图10是本申请另一些实施例提供的太阳能电池的制备流程示意图；
图11是本申请再一些实施例提供的太阳能电池的制备流程示意图；
附图未必按照实际的比例绘制。
其中，图中各附图标记：
X、厚度方向；P1、第一镂空部；P2、第二镂空部；P3、第三镂空部；
1、车辆；2、光伏组件；3、控制器；4、马达；
5、太阳能电池；
50、衬底；
51、第一电极层；
52、光电转换组件；521、第一电荷传输层；522、光电转换层；523、第二电荷传输 层；
53、第二电极层；531、主体部；5311、第一部分；5312、第二部分；532、连接部；
54、阻挡层；
6、子电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请实施例中，太阳能电池是一种以光伏效应为理论基础，将光能直接转换成电能的光电转换器件。太阳能电池包括用于光电转换的光电转换组件、传输层和电极层。由于光电转换组件、传输层和电极层采用了不同材料，而不同材料准费米能级的差异，导致光电转换器件的内部会形成内建电场。光电转换组件作为太阳能电池的吸光材料，光电转换组件吸收光子产生电子-空穴对，并能够分离为自由的载流子，随后生成的自由载流子在内建电场的作用下朝相反方向漂移，电子移向负极，空穴移向正极，且电子和空穴分别被不同的传输层传输出去再被电极层收集，从而在正负极之间形成电势差，产生电流，从而完成整个光电转换的过程。
太阳能电池的性能可以通过短路电流密度、开路电压、填充因子、光电转换效率等来反映。
短路电流密度是指当太阳能电池处于短路状态，即两端的电压为零时的电流密度，短路电流产生于光生载流子的产生和收集，其与太阳能电池本身的光学特性、入射光源的频率、界面损耗等有关。
开路电压是指当太阳能电池通过外电路的电流为零，电路处于开路状态时，电池两端的电位差即为开路电压。
填充因子是指太阳能电池最大功率与(短路电流密度和开路电压的乘积)的比 值。当太阳能电池的串联电阻越小时，并联电阻越大，则填充因子越高。
光电转换效率是指太阳能电池的最大功率输出与入射光功率的比率，通过调节短路电流密度、开路电压和填充因子，可以有效提高太阳能电池的光电转换效率。例如，在太阳能电池领域中，采用光电转换效率评价太阳能电池性能好坏，填充因子越大，光电转换效率越高，太阳能电池性能越好。
对于大面积的太阳能电池而言，为了获得所需电压和电流输出，通过刻划的方式获得多个子电池。例如，通过激光等方式进行第一刻划、第二刻划、第三刻划，以此实现太阳能电池的分割和电连接(例如串联)。刻划的工艺流程如下：在衬底上形成第一电极层；刻划形成第一镂空部，完成各个子电池的分割；在第一电极层背离衬底的一侧形成光电转换组件，刻划形成第二镂空部，完成各个子电池之间串联沟道刻划；在光电转换组件背离衬底的一侧形成第二电极层，刻划形成第三镂空部，完成第二电极层的分割。
子电池包括发电区和死区。死区设置于相邻的两个子电池的发电区之间，即第一镂空部至第三镂空部之间的区域。发电区是指能够有效利用光并进行光电转换的区域，例如各个子电池能够进行光电转换的区域。死区无法利用光，从而造成光的浪费。位于死区的第一电极层和第二电极层之间存在接触电阻，且位于死区的光电转换组件本身具有一定的电阻，上述各电阻构成串联电阻，串联电阻越大，光电流越小；串联电阻越小，光电流的值越小。而且，从另一个角度来看，因为填充因子和串联电阻呈正相关，也即，串联电阻越大，会降低填充因子的值，从而降低光电转换效率；串联电阻越小，会提高填充因子的值，从而提高光电转换效率。
发明人发现，对于薄膜式的太阳能电池，其面积相对较大，刻划需要一定的时间，尤其是第二刻划过程中，相对较长的刻划时间会导致外部的水汽和氧侵入子电池内部，对太阳能电池的性能造成不利影响。
鉴于此，本申请实施例提供了一种技术方案，在该技术方案中，太阳能电池具有多个子电池，多个子电池均包括沿其自身厚度方向依次层叠设置的第一电极层、光电转换组件和第二电极层，第二电极层包括主体部和与主体部电连接的连接部，多个子电池中的其中一个子电池的连接部用于电连接另一个子电池的第一电极层，以使多个子电池电连接，其中，主体部的厚度大于连接部的厚度。具有该种结构的太阳能电池能够显著提升其光电转换效率。
本申请实施例描述的技术方案适用于包含太阳能电池的光伏组件以及使用光伏组件的用电装置。
用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。
以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。
如图1所示，车辆1的内部设置有光伏组件2，光伏组件2可以设置在车辆1的顶部或头部或尾部。光伏组件2可以用于车辆1的供电，例如，光伏组件2可以作为车辆1的操作电源。
车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制光伏组件2为马达4供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
如图2所示，光伏组件2包括太阳能电池5。太阳能电池5可以是一个，也可以是多个。若太阳能电池5为多个，多个太阳能电池5之间可串联或并联或混联，混联是指多个太阳能电池5中即有串联又有并联，能够提供较高的电压和容量。
如图3和图4所示，本申请实施例提供了一种太阳能电池5，太阳能电池5具有多个子电池6，多个子电池6均包括沿其自身厚度方向X依次层叠设置的第一电极层51、光电转换组件52和第二电极层53，第二电极层53包括主体部531和与主体部531电连接的连接部532，多个子电池6中的其中一个子电池6的连接部532用于电连接另一个子电池6的第一电极层51，以使多个子电池6电连接，其中，主体部531的厚度大于连接部532的厚度。
太阳能电池5具有多个子电池6，多个子电池6之间串联，能够提高太阳能电池5的最大输出功率，且其填充因子明显增大。随着串联的子电池6的数量增多，其恒流效果能够得到提高，且开路电压增大，能够满足外部负载使用。
在此需要说明的是，子电池6中的各膜层形成于衬底50上，以衬底50为承载基础，预先在衬底50上形成第一电极层51，然后在第一电极层51的背离衬底50的一侧形成光电转换组件52，再在光电转换组件52的背离衬底50的一侧形成第二电极层53。示例性地，衬底50作为承载基础，具有绝缘性，衬底50可以采用柔性衬底或刚性衬底。刚性衬底可以包括玻璃衬底；柔性衬底可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，PEI)或聚酰亚胺(Polyimide，PI)。
光电转换组件52作为子电池6的核心功能层，其主要作用是吸收外部的光线后，其内部能够形成电子空穴对，电子和空穴分离提取输出后用于对外输出。示例性地，光电转换组件52可以为钙钛矿光电转换组件，当然也可以为其他光电转换组件52例如碲锌镉光电转换组件、铜铟镓硒光电转换组件等。
光电转换组件52可以包括多层传输层，分别用于传输电子和空穴；当然光电转换组件52还可以包括功能层，用于提高电子和空穴的传输效率，并降低电子和空穴复合的风险。
第一电极层51和第二电极层53分别用于电连接光电转换组件52，第一电极层51用于收集空穴，第二电极层53用于收集电子。第一电极层51和第二电极层53可采用相同材质，也可采用不同材质。示例性地，第一电极层51和第二电极层53均可采用金属材质，或者第一电极层51采用透明导电材料，第二电极层53采用金属材质等。金属材质具有大量自由电子，其金属导电性良好；透明导电材料具有导电性和透光性。
相邻两个子电池6中的一个子电池6的第二电极层53连接第一电极层51，以 此实现相邻两个子电池6的串联。在本申请实施例中，第二电极层53包括主体部531和连接部532，连接部532与主体部531连接。子电池6的主体部531位于光电转换组件52的背离第一电极层51的一侧，子电池6的连接部532贯穿光电转换组件52，并且连接部532的一端连接主体部531，连接部532的另一端连接另一子电池6的第一电极层51。
在形成第二电极层53时，主体部531的至少部分和连接部532一体设置，主体部531和连接部532之间机械连接，也能够通过机械连接的方式实现电连接。
第二电极层53可以采用一种材质制成，也可以采用多种材质制成。
第二电极层53采用一种材质时，在光电转换组件52的背离第一电极层51的一侧设置该材质预先形成一层膜层，然后对该膜层和光电转换组件52进行刻划形成第二镂空部，然后在第二镂空部内和该膜层的背离第一电极层51的一侧设置同样材质形成另一层膜层。鉴于形成的两层膜层采用同一材质，两层膜层之间无明显界面。
第二电极层53采用多种材质时，例如，多种材质包括第一材质和第二材质，在光电转换组件52的背离第一电极层51的一侧预先设置第一材质形成第一膜层，然后对第一膜层和光电转换组件52进行刻划形成第二镂空部P2，然后在第二镂空部P2内，以及第一膜层的背离第一电极层51的一侧设置第二材质形成第二膜层。鉴于形成的两层膜层采用不同材质，两层膜层之间存在一定界面。
当然多种材质还可以包括第三材质，在形成第一膜层的基础上，在第一膜层的背离第一电极层51的一侧形成第二膜层，然后将第二膜层和第一膜层以及光电转换组件52共同刻划形成第二镂空部P2，然后在第二镂空部P2和第二膜层的背离第一电极层51的一侧采用第三材质形成第三膜层。或者，在形成第一膜层的基础上，将第一膜层和光电转换组件52进行刻划形成第二镂空部P2，然后在第二镂空部P2内和第一膜层的背离第一电极层51的一侧形成第二膜层，然后在第二膜层的背离第一电极层51的一侧形成第三膜层。多种材质还可以包括更多材质，或者在形成其中一层膜层时采用多种材质的组合物。
上述各示例中，在刻划第二镂空部P2之前，至少预先形成一层膜层，该膜层能够给予光电转换组件52以防护作用，在膜层的防护作用下进行第二镂空部P2的刻划，能够降低外部水汽和氧侵入光电转换组件52的风险，从而保证太阳能电池5的性能稳定。
刻划可以采用激光刻划、掩膜或曝光方式，以激光刻划为例进行说明，将激光束发射至膜层表面，激光束包含的激光能量将传递至膜层中，而预先形成的该膜层具有良好的导热性能，在刻划过程中可以将热量进行均匀快速传导，刻划形成的第二镂空部P2的边缘结构较为规整。
位于光电转换组件52的背离第一电极层51的部分构成第二电极层53的主体部531，位于第二镂空部P2内的部分构成第二电极层53的连接部532。主体部531包括至少两层膜层，相较于主体部531而言，连接部532包含的膜层数量少于主体部531。主体部531的部分在刻划过程中能够预先对子电池6的刻划过程进行防护。主体部531和连接部532的膜层数量的不同，宏观表现为主体部531的厚度大于连接部532 的厚度。图4中示出的H1表示主体部531的厚度，H2表示连接部532的厚度，X表示子电池的厚度方向。
由此，本申请实施例在形成子电池6的结构时，通过设置主体部531的厚度大于连接部532的厚度，一方面，主体部531能够对光电转换组件52起到防护作用，降低外部水汽和氧侵入光电转换组件52的风险，保证光电转换组件52的性能稳定，从而保证太阳能电池5的光电转换效率；另一方面，在刻划第二镂空部P2时，部分主体部531能够起到良好的热传导作用，刻划形成的第二镂空部P2的结构边缘的热岛较小，子电池6的结构较为稳定，能够提高太阳能电池5的光电转换效率。
在一些实施例中，主体部531的厚度与连接部532的厚度的比值为A，1＜A≤20。
当A等于1时，在此情况下，主体，和连接部为一体成型，即相当于第二电极层包括一层膜层，在刻划过程中，需先刻划形成第二镂空部，再形成第二电极层，主体部将无法为光电转换组件提供防护作用，。
当A大于20时，主体部的厚度远大于连接部的厚度，在此情况下，主体部的厚度占据子电池整体的厚度较大，尤其是光电转换组件的厚度占比相对较小，光电转换组件对光的吸收程度相对较小，从而降低了子电池可以转换输出的光电流大小，并导致太阳能电池的光电转换效率降低。
在本申请实施例中，主体部531的厚度与连接部532的厚度的比值满足1＜A≤20；A的上限可以选取自3、4、5、6、7、8、9、10、15或20，A的下限可以选取自2、3、4、5、6、7、8、9、10或15。A的范围可以选取自上述上限值和下限值的任一合理组合，例如1＜A≤10。A满足上述范围时，主体部531不但可以对光电转换组件52起到良好的防护作用，还可以提高太阳能电池5的光电转换效率。
主体部531可以采用一种材质或多种材质制成，接下来对主体部531的材质进行说明。
在一些实施例中，主体部531采用同一材质制成。在主体部531的厚度大于连接部532的厚度的基础上，主体部531包括至少两层膜层，每层膜采用相同的材质制成，形成的两层膜层之间基本无界面，换言之，主体部531的内部基本无界面，能够提高主体部531整体的结构稳定性。示例性地，主体部531的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)或碳。其中，TCO包括掺氟氧化锡(FTO，SnO 2：F)、氧化铟锡(ITO，In 2O 3：Sn)、掺铝氧化锌(AZO，ZnO：A1)或掺锑氧化锡(ATO，Sn 2O：Sb)，上述缩写以SnO 2：F举例说明，SnO 2：F表示掺杂氟F的氧化锡SnO 2。
当然，各膜层可以采用混合材质制成，各膜层的材质基本相同，各膜层之间基本无界面，主体部531的结构相对较为稳定。示例性地，主体部531的材质可以包括金Au、银Ag、铜Cu和铝Al中的至少两种。
在另一些实施例中，主体部531采用多种材质制成。在主体部531的厚度大于连接部532的厚度的基础上，主体部531包括至少两层膜层，每层膜层可以分别采用不同材质，例如，预先形成于光电转换组件52的膜层采用第一材质，形成于该膜层的 背离第一电极层51的表面膜层采用第二材质。第一材质可选用导热性能相对较好的材质，有利于在刻划过程中进行热传导；第二材质可选用导热性能相对较好的材质，有利于提高电子的传输效率。换言之，主体部531采用多种材质制成，有利于综合提高太阳能电池5的性能。示例性地，主体部531中各膜层的材质可以独立地选自包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。
如图5所示，在主体部531的各膜层采用不同材质的基础上，主体部531包括第一部分5311和第二部分5312，第二部分5312位于第一部分5311的背离第一电极层51的一侧，且第一部分5311和第二部分5312采用不同材质制成。示例性地，第一部分5311和第二部分5312可以独立地选自包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。第一部分5311可以对光电转换组件52进行良好的防护，并且可以在刻划过程中起到良好的热传导作用；第二部分5312可以起到良好的导电作用，有利于电子的传输。
如图6所述，在一些实施例中，子电池6包括阻挡层54，阻挡层54用于阻挡第一电荷传输，阻挡层54设置于光电转换组件52的背离第一电极层51的一侧。示例性地，第一电荷可以为空穴，相应地，下文中提到的第二电荷为电子。阻挡层54能够在光电转换组件52的界面阻挡空穴的传输，从而提高电子经光电转换组件52传输至第二电极层53的传输效率，并能够降低电子和空穴在光电转换组件52的界面复合的风险，进一步提高电子的传输效率，从而提高太阳能电池5的光电子转换效率。
可选地，阻挡层54的材质包括嵌段共聚物BCP、氟化锂LiF和氧化锡SnO 2中的至少一种。以BCP为例进行说明，BCP能够在光电转换组件52的表面的晶界间充分填充，能够减少空穴在界面累积的数量，并能够抑制电子和空穴在界面复合。
在刻划第二镂空部时，需要在形成阻挡层后进行刻划，如此将会使得阻挡层暴露的时间相对较长，而阻挡层容易受到外部水汽和氧的侵入。
如图7所示，为了保证太阳能电池5的性能，在本申请实施例中，将阻挡层54位于光电转换组件52和主体部531之间，主体部531能够防护阻挡层54，降低外部的水汽和氧侵入阻挡层54的风险，从而保证太阳能电池5的性能。具体的，主体部531包括至少两层膜层，在进行第二刻划之前，在阻挡层54上预先形成至少一层膜层，在该膜层的防护下进行第二刻划形成第二镂空部P2。
可选地，阻挡层54的重量与主体部531的重量的比值为B，0.001≤B≤0.2；可选地，0.005≤B≤0.1。
阻挡层54的重量过大时，其厚度相对较厚，阻挡层54的厚度占据子电池6整体的厚度比例较大，由此可能导致子电池6的光电转换组件52的厚度占比相对较小，从而降低光电转换效率。阻挡层54的重量过小时，阻挡层54的厚度相对较小，阻挡层54可能无法起到良好的阻挡空穴的作用。图7中示出的H1表示主体部的厚度，H3表示阻挡层54的厚度。
B满足0.001≤B≤0.2，可选地，0.005≤B≤0.1，在阻挡层具有良好的阻挡空穴作用的基础上，主体部531还可以对阻挡层54起到良好的防护作用，提高太阳能电池5的光电转换效率。
可选地，阻挡层54的厚度与主体部531的厚度的比值为C，0.005≤C≤0.2；可选地，0.01≤C≤0.1。
阻挡层54的厚度过厚时，阻挡层54的厚度占据子电池6整体的厚度比例较大，由此可能导致子电池6的光电转换组件52的厚度占比相对较小，从而降低光电转换效率。阻挡层54的厚度相对较小时，阻挡层54可能无法起到良好的阻挡空穴的作用。
C满足0.005≤C≤0.2；可选地，0.01≤C≤0.1，在阻挡层具有良好的阻挡空穴作用的基础上，主体部531还可以对阻挡层54起到良好的防护作用，提高太阳能电池5的光电转换效率。
如图8所示，光电转换组件52是太阳能电池5的核心部件，接下来对光电转换组件52的结构进行说明。
在一些实施例中，光电转换组件52包括沿子电池6的厚度方向依次层叠设置的第一电荷传输层521、光电转换层522和第二电荷传输层523，第一电荷传输层521位于第一电极层51和光电转换层522之间。第一电荷传输层521即空穴传输层，第二电荷传输层523即电子传输层。该太阳能电池5包括沿其自身厚度方向X的依次设置的衬底50、第一电极层51、第一电荷传输层521、光电转换层522、第二电荷传输层523和第二电极层53。
第一电荷传输层521的材质包括聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]PTAA、(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物PEDOT、氧化镍NiOx、CuI和Cu 2O中的至少一种。第一电荷传输层521设置于第一电极层51和光电转换层522之间，能够形成良好的欧姆接触，有效传输空穴，减少界面处的载流子复合，提高光电转换效率。
光电转换层522的材质符合ABX3晶体结构，ABX3晶体结构为有机-无机杂化钙钛矿材料的晶体结构，体现为立方体或八面体结构。其中，A包括甲基铵MA、甲酰胺FA和铯Cs中的至少一种，B包括铅Pb、锡Sn和铜Cu中的至少一种，X包括溴Br、氯Cl和碘I中的至少一种。光电转换层522可以吸收光子并将光转换为电子和空穴，并在内建电场的作用下分别向第一电荷传输层521和第二电荷传输层523传输。
第二电荷传输层523的材质包括C60、氧化锡SnO 2、富勒烯衍生物PCBM和氧化钛TiO 2中的至少一种。在光电转换层522和第二电极层53之间设置第二电荷传输层523，一方面能够降低光电转换层522和第二电极层53之间的能级式垒，有利于电子的传输，提高电子传输效率；另一方面，第二电荷传输层523自身有利于传输电子，阻挡空穴，减少载流子在界面复合的风险。
在一些实施例中，第一电极层51的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。金Au、银Ag、铜Cu、铝Al作为金属电极，其导电性较好。透明导电氧化物TCO作为透明电极，透明电极包括掺氟氧化锡FTO、氧化铟锡ITO或掺铝氧化锌AZO，采用上述材质的第一电极层51的导电性较好，有利于空穴的传输。
如图8和图9所示，本申请实施例还提供了一种太阳能电池的制备方法，该 方法包括：
S100，提供衬底。
S200，于衬底的一侧形成底电极，底电极包括间隔设置的多个第一电极层，以将太阳能电池分割为多个子电池。
在衬底50的表面通过磁控溅射或化学方式形成底电极例如透明玻璃电极，可以通过刻划的方式将底电极分割为多个第一电极层51，多个第一电极层51之间的间隙为第一镂空部P1，该刻划方式可以包括激光刻划、掩膜或曝光方式。
S300，于多个第一电极层的背离衬底的表面均形成光电转换组件。
光电转换组件52包括沿其自身厚度X方向依次层叠设置的第一电荷传输层521(空穴传输层)、光电转换层522和第二电荷传输层523(电子传输层)。
在第一电极层51的背离衬底50的表面通过磁控溅射、化学沉积、原子层沉积ALD或涂覆方式形成第一电荷传输层521；第一镂空部P1可填充绝缘材料，当然也可直接设置为第一电荷传输层521的材质。
在第一电荷传输层521的背离衬底的表面通过涂布、喷涂、旋涂、蒸镀或化学沉积方式形成光电转换层522。
在光电转换层522的背离衬底50的表面通过磁控溅射、化学沉积、原子层沉积ALD或涂覆方式形成第二电荷传输层523。
采用激光刻划、掩膜或曝光方式进行刻划，以使第一电荷传输层521、光电转换层522和第二电荷传输层523中形成贯穿第一电荷传输层521、光电转换层522和第二电荷传输层523的第二镂空部P2。
S400，于光电转换组件的背离衬底的表面形成第二电极层，第二电极层包括主体部和与主体部电连接的连接部，多个子电池的其中一个子电池的连接部用于电连接另一个子电池的第一电极层，以使多个子电池电连接，其中，主体部的厚度大于连接部的厚度。
在第二镂空部P2内和光电转换组件52的背离衬底50的表面，通过磁控溅射、化学沉积、原子层沉积ALD或涂覆方式形成第二电极层53例如金属电极；位于第二镂空部P2内的金属电极实现相邻子电池6的串联。
采用激光刻划、掩膜或曝光方式进行刻划，以使金属电极、第一电荷传输层521、光电转换层522和第二电荷传输层523中形成第三镂空部P3。
第二电极层53的主体部531位于光电转换组件52的背离衬底50的一侧，第二电极层53的连接部532位于第二镂空部P2中。在形成第二电极层53后，对第二电极层53和光电转换组件52进行刻划，形成第三镂空部P3，第三镂空部P3贯穿第二电极层53和光电转换组件52。
根据本申请实施例的制备方法制备得到的太阳能电池，主体部的厚度大于连接部的厚度，能够提高太阳能电池的光电转换效率。
如图10所示，在一些实施例中，步骤S400包括：
S410，于光电转换组件的背离衬底的表面形成第一部分。
S420，沿子电池的厚度方向依次去除第一部分和光电转换组件的部分区域， 以形成镂空区。
该步骤中的镂空区即上文提及的第二镂空部。
S430，于第一部分的背离衬底的表面形成第二部分，并在镂空区内形成连接部，其中，第二部分和第一部分的材质不同。
第二部分和第一部分的材质不同，所形成的第二电极层能够同时兼顾导电性和导热性，综合提高太阳能电池的性能。
如图11所示，在一些实施例中，步骤S300之后，还包括：
S500，于光电转换组件和第二电极层之间设置有阻挡层，阻挡层用于阻挡空穴传输。
设置阻挡层能够阻挡空穴传输，降低空穴和电子在光电转换组件的界面处复合的风险，提高太阳能电池的光电转换效率。
在上述步骤的基础上，还可以通过导电胶带粘结、超声焊接、激光焊接或焊接剂焊接正极输出极和负极输出极，用于形成对外输出电极。
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。
实施例1至实施例12、对比例1至对比例2
取一组规格为100mm×100mm的FTO导电玻璃，使用红外激光(波长1064nm)刻蚀第一镂空部P1，P1宽度为30um左右，将整块玻璃分割为10个子电池，不同子电池的串联电阻大于10MΩ，上下各10mm作为组件焊接的区域；用清洗剂(多种活性物及碱助剂)清洗后先后在去离子水、乙醇、丙酮中超声振荡10min，超声处理后用N2吹干备用。
将清洗后的FTO导电玻璃放入磁控溅射设备(通入一定的Ar：O 2)中，沉积空穴传输层NiOx，厚度约为15nm。
使用紫外(波长为253.7nm)照射10min，然后于空穴传输层的背离FTO导电玻璃的表面涂布钙钛矿溶液溶液(FA xCs 1-xPbI yBr 3-y)钙钛矿吸收层，结晶成膜(VCD，120退火20min)，取下备用。
将形成钙钛矿吸收层的组件放入真空热蒸镀设备中，抽真空至4×10 -4pa，依次在钙钛矿吸收层的背离FTO导电玻璃的表面沉积30nm C60电子传输层。
在电子传输层的背离FTO导电玻璃的表面形成阻挡层(热蒸发BCP，厚度6nm)，阻挡层的材质、重量和厚度如表1所示。
在阻挡层的背离FTO导电玻璃的表面形成第一部分，第一部分的材质、重量和厚度如表1所示。
将上述组件降温至30℃左右，破真空取出并激光刻蚀第二镂空部P2，P2宽度为150um，刻蚀至FTO导电玻璃的表面，P2与P1的间隔为20um。
将组件再次放入真空热蒸镀设备中，沉积形成第二部分，第二部分的材质、 重量和厚度如表1所示。
降温至30℃左右，破真空取出P秒绿光激光刻蚀第三镂空部P3，P3宽度为15um，刻蚀至FTO导电玻璃，P3与P2的间隔为20um。
然后再组件使用红外清边(波长1064nm)，即在组件的两侧各刻蚀10mm，得到太阳能电池。
性能测试
1、光电转换效率的测试
在25℃1000W/m 2的太阳能模拟器(3A标准)下，输入太阳能电池的有效面积64cm 2、测试电压-2～14V以及扫描速率(扫描点数320个)，测试太阳能电池的能量转化效率。
2、第一部分和第二部分的厚度测试
用玻璃刀将太阳能电池背面沿着平行入射光方向划一刀，将太阳能电池掰断，取含有P2的断面的10个点，使用扫描电子显微镜拍摄30000倍或50000倍下的P2底部(第二部分)和P2边缘(第一部分)的厚度。
3、阻挡层的厚度测试
使用胶带去掉电极，使用拓偏移测试厚度。
实施例1～12和对比例1～2的参数和太阳能电池性能如表1所示。
表1
如表1所示，对比例1未包含第二部分，即在第二次刻划过程中基本对光电转换组件无防护作用，其光电转换效率相对较差。
相较于对比例1，实施例1至实施例12的太阳能电池的光电转换效率得到 了显著提升。
对比例2的主体部的厚度占比较大，从而导致光电转换组件的厚度占比较小，太阳能电池的光电转换效率较小。
相较于对比例2，实施例1至实施例5的主体部的厚度适中，尤其是主体部和连接部的厚度的比值A满足1＜A≤20，尤其是1＜A≤10时，其太阳能电池的光电转换效率较为优异，实施例1的光电转换效率尤其优异。
实施例6至实施例12，调整阻挡层和主体部的厚度比值C的范围，从而能够调整太阳能电池的光电转换效率。C满足0.005≤C≤0.2，尤其是0.01≤C≤0.1时，太阳能电池的光电转换效率较为优异。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

  1. 一种太阳能电池，具有多个子电池，多个所述子电池均包括沿其自身厚度方向依次层叠设置的第一电极层、光电转换组件和第二电极层，所述第二电极层包括主体部和与所述主体部电连接的连接部，多个所述子电池中的其中一个所述子电池的所述连接部用于电连接另一个所述子电池的所述第一电极层，以使多个所述子电池电连接，
    其中，所述主体部的厚度大于所述连接部的厚度。
  2. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，
    所述主体部的厚度与所述连接部的厚度的比值为A，1＜A≤20；可选地，1＜A≤10。
  3. 根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，
    所述主体部采用同一材质制成；
    可选地，所述主体部的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。
  4. 根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，
    所述主体部包括第一部分和第二部分，所述第二部分位于所述第一部分的背离所述第一电极层的一侧，且所述第一部分和所述第二部分采用不同材质制成；
    可选地，所述第一部分和所述第二部分的材质各自独立地选取自金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池，其中，
    所述子电池包括用于阻挡第一电荷传输的阻挡层，所述阻挡层设置于所述光电转换组件和主体部之间；
    可选地，所述阻挡层的材质包括嵌段共聚物BCP、氟化锂LiF和氧化锡SnO 2中的至少一种。
  6. 根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，
    所述阻挡层的重量与所述主体部的重量的比值为B，0.001≤B≤0.2；可选地，0.005≤B≤0.1。
  7. 根据权利要求5或6所述的太阳能电池，其中，
    所述阻挡层的厚度与所述主体部的厚度的比值为C，0.005≤C≤0.2；可选地，0.01≤C≤0.1。
  8. 根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池，其中，
    所述光电转换组件包括沿所述子电池的厚度方向依次层叠设置的第一电荷传输层、光电转换层和第二电荷传输层，所述第一电荷传输层位于所述第一电极层和所述光电转换层之间；
    所述第一电荷传输层的材质包括聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]PTAA、(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物PEDOT、氧化镍NiOx、CuI和Cu 2O中的至少一种；和/或
    所述光电转换层的材质符合ABX 3晶体结构，其中，A包括甲基铵MA、甲酰胺FA和铯Cs中的至少一种，B包括铅Pb、锡Sn和铜Cu中的至少一种，X包括溴Br、氯Cl和碘I中的至少一种；和/或
    所述第二电荷传输层的材质包括C60、氧化锡SnO 2、富勒烯衍生物PCBM和氧化钛TiO 2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，其中，
    所述第一电极层的材质包括金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、透明导电氧化物TCO或碳。
  10. 一种光伏组件，包括多个如权利要求1至权利要求9中任一项所述太阳能电池。
  11. 一种用电装置，包括如权利要求10所述的光伏组件，所述光伏组件用于提供电能。
  12. 一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括：
    提供衬底；
    于所述衬底的一侧形成底电极，所述底电极包括间隔设置的多个第一电极层，以将所述太阳能电池分割为多个子电池；
    于多个所述第一电极层的背离所述衬底的表面均形成光电转换组件；
    于所述光电转换组件的背离所述衬底的表面形成第二电极层，所述第二电极层包括主体部和与所述主体部电连接的连接部，多个所述子电池的其中一个所述子电池的所述连接部用于电连接另一个所述子电池的第一电极层，以使多个所述子电池电连接，其中，所述主体部的厚度大于所述连接部的厚度。
  13. 根据权利要求12所述的太阳能电池的制备方法，其中，
    所述于所述光电转换组件的背离所述衬底的表面形成第二电极层的步骤，包括：
    于所述光电转换组件的背离所述衬底的表面形成第一部分；
    沿所述子电池的厚度方向依次去除所述第一部分和所述光电转换组件的部分区 域，以形成镂空区；
    于所述第一部分的背离所述衬底的表面形成第二部分，并在所述镂空区内形成连接部，其中，所述第二部分和所述第一部分的材质不同。
  14. 根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制备方法，其中，
    于所述光电转换组件和所述第二电极层之间设置有阻挡层，所述阻挡层用于阻挡空穴传输。
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