CN116940138A - 电池、用电装置以及电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电池、用电装置以及电池的制备方法。电池包括基板和电池单元，多个电池单元间隔设置于基板，每个电池单元包括沿垂直于基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，功能层沿垂直于基板的方向开设有过孔，第二电极层提供过孔与相邻的电池单元的第一电极层电连接。功能层填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板的方向传递载流子，从而可以降低自第一电极层穿过功能层流向第二电极层的电流以及自第二电极层通过过孔流向相邻电池单元的第一电极层的电流之间出现串扰的风险，提高电池的性能和稳定性。

Description

电池、用电装置以及电池的制备方法

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种电池、用电装置以及电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池因其廉价的成本和简单的制作工艺，成为当前纳米技术和光电转换材料领域的研究热点之一，是最有希望取代传统太阳能电池的新型太阳能转换电池。

目前，钙钛矿电池通常由并排设置的多个电池单元串联而成，其中，一个电池单元的电流自阳极穿过功能层流向阴极，再从阴极流向下一个电池单元的阳极，以此形成串联，在此过程中，阴极需要穿过功能层并延伸到下一个电池单元的阳极，因此，从阳极流向阴极的电流以及从阴极流向下一个电池单元的阳极的电流在功能层处可能会出现相互干扰的情况，从而影响电池的性能以及稳定性。

发明内容

本申请实施例提供一种电池、用电装置以及电池的制备方法，能够提高电池的性能和稳定性。

第一方面，本申请实施例提供一种电池，包括基板和电池单元，多个电池单元间隔设置于基板上，每个电池单元包括沿垂直于基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，功能层沿垂直于基板的方向开设有过孔，第二电极层通过过孔与相邻的电池单元的第一电极层电连接；功能层填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板的方向传递载流子。

在一些实施例中，一个电池单元的第二电极层和功能层在基板上的正投影分别与相邻的电池单元的第一电极层在基板上的正投影部分交叠，过孔沿平行于基板的方向贯穿功能层。

在一些实施例中，电池单元的过孔在基板的正投影与相邻的电池单元的第一电极层在基板的正投影交叠。

在一些实施例中，至少部分导通材料靠近过孔设置。

在一些实施例中，功能层沿过孔的周向环绕填充有导通材料。

在一些实施例中，导通材料均匀地填充于功能层。

在一些实施例中，功能层包括沿远离基板的方向依次设置在第一电极层上的第一载流子层、光吸收层和第二载流子层，过孔依次穿过第一载流子层、光吸收层和第二载流子层。

在一些实施例中，第一载流子层填充有导通材料。

在一些实施例中，光吸收层填充有导通材料。

在一些实施例中，第二载流子层填充有导通材料。

在一些实施例中，第一载流子层的部分嵌设在相邻的第一电极层之间；或者，绝缘材料填充在相邻的第一电极层之间。

在一些实施例中，光吸收层的材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe以及PVK中的至少一种。

在一些实施例中，第一载流子层的材料包括TiO2、ZnO、WO3、Zn2SnO4以及SnO2中的至少一种。

在一些实施例中，第二载流子层的材料包括Spiro-OMeTAD、NiO中的至少一种。

在一些实施例中，导通材料包括GeC、GeC2、MoS₂、石墨烯等晶格结构相同的材料中的至少一种。

第二方面，本申请实施例还提供一种用电装置，包括以上任一项的电池。

第三方面，本申请实施例还提供一种电池的制备方法，包括：

提供基板，在基板上制备多个电池单元，其中，电池单元包括沿垂直于基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，功能层沿垂直于基板的方向开设有过孔，第二电极层通过过孔与相邻的电池单元的第一电极层电连接；功能层填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板的方向传递载流子。

本申请实施例提供一种电池、用电装置以及电池的制备方法。电池包括基板和电池单元，多个电池单元间隔设置于基板上，每个电池单元包括沿垂直于基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，功能层沿垂直于基板的方向开设有过孔，第二电极层提供过孔与相邻的电池单元的第一电极层电连接，以实现电池单元的串联。功能层填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板的方向传递载流子，从而通过该导通材料可以降低自第一电极层穿过功能层流向第二电极层的电流以及自第二电极层通过过孔流向相邻电池单元的第一电极层的电流之间出现串扰的风险，提高电池的性能和稳定性。

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的介绍，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的附图。

图1是本申请一些实施例提供的电池的结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的电池的另一结构示意图；

图3是本申请一些实施例提供的电池的又一结构示意图；

图4是本申请一些实施例提供的电池的制备方法的工艺流程图；

图5是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S1对应的电池的结构示意图；

图6是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S2对应的电池的结构示意图；

图7是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S3对应的电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种电池、用电装置以及电池的制备方法。下面首先对本申请实施例所提供的电池进行介绍。

图1是本申请一些实施例提供的电池的结构示意图。

如图1所示，本申请实施例提供一种电池，包括基板10和电池单元20，多个电池单元20间隔设置于基板10上，每个电池单元20包括沿垂直于基板10的方向依次层叠的第一电极层200、功能层210和第二电极层220，功能层210沿垂直于基板10的方向开设有过孔211，第二电极层220通过过孔211与相邻的电池单元20的第一电极层200电连接；功能层210填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板10的方向传递载流子。

在一个电池单元20中，第一电极层200可以为电池单元20的阳极层，第二电极层220可以为电池单元20的阴极层，功能层210可以用于分离得到电子和空穴，并且，将分离得到的电子传输至第一电极层200，将分离得到的空穴传输至第二电极层220，因此，电子被传递至第一电极层200后可以在第一电极层200上形成电流，并向第二电极层220传递。

多个电池单元20间隔设置在基板10上，具体地，多个电池单元20中，相邻的两个第一电极层200间隔设置，相邻的两个功能层210间隔设置，且相邻的两个第二电极层220间隔设置。需要明确的是，本申请实施例提供的电池可以用于手机、平板、电脑等各种需要用电装置中。本申请实施例提供的电池中的电池单元20的数量可以根据实际情况合理设定，例如，用电装置对电池的供电量要求较高时，可以设置电池中具有数量较多的电池单元20，当用电装置对电池的供电量要求较低时，可以设置电池具有数量较少的电池单元20。

导通材料被配置为沿垂直于基板10的方向传递载流子，即，导通材料沿平行于基板10的方向可以阻碍载流子的传递，并且，导通材料还可以同时被配置为起到功能层210对应的作用，例如，导通材料可以起到沿垂直于基板10的方向传递载流子以及沿平行于基板10的方向阻碍载流子的作用的同时，还可以起到分离电子和空穴的作用。

功能层210中填充有导通材料，可以设置功能层210的一部分中填充有导通材料；或者，也可以设置功能层210的所有部分都填充有导通材料。在电池中，一个电池单元20的第一电极层200产生的电流可以穿过功能层210流向第二电极层220，第二电极层220上的电流可以通过过孔211流向相邻的电池单元20的第一电极层200，以此形成电池单元20的串联。可以理解的是，为了便于理解，本申请实施例中以第一电流表示功能层210中自第一电极层200向第二电极层220传递的电流，以第二电流表示过孔211中的第二电极层220向相邻的电池单元20的第一电极层200传递的电流。即，在电池单元20的串联过程中，第一电流和第二电流可能沿平行于基板10的方向发生串扰，从而影响电池的性能和稳定性。

鉴于此，本申请实施例提供一种电池，其中，通过设置功能层210中填充有导通材料，且导通材料被配置为沿垂直于基板10的方向传递载流子，从而通过该导通材料阻碍载流子沿平行于基板10的方向传递，进而降低第一电流和第二电流之间沿平行于基板10的方向出现串扰的风险，提高电池的性能和稳定性。

可选地，导通材料可以通过结晶工艺形成。

在一些实施例中，一个电池单元20的第二电极层220和功能层210在基板10上的正投影分别与相邻的电池单元20的第一电极层200在基板10上的正投影部分交叠，过孔211沿平行于基板10的方向贯穿功能层210。

一个电池单元20的第二电极层220和功能层210在基板10上的正投影与相邻的电池单元20的第一电极层200在基板10上的正投影部分交叠，也就是说，一个电池单元20中的第二电极层220的部分以及功能层210的部分可以层叠地设置在相邻的电池单元20中的第一电极层200上，因此，当功能层210沿垂直于基板10的方向开设有过孔211时，第二电极层220可以通过过孔211与该相邻的电池单元20的第一电极层200电连接，实现多个电池单元20的串联。可以知道的是，一个电池单元20中，第二电极层220和功能层210在基板10上的正投影分别与第一电极层200在基板10上的正投影部分交叠。

过孔211沿平行于基板10的方向贯穿功能层210，即，功能层210被过孔211分隔为相互间隔的两个部分，此时的过孔211仅相对的两侧具有功能层210，而沿贯穿方向的其余两侧无功能层210，因此，相对于过孔211的周向环绕设置有功能层210而言，可以减少功能层210中的第一电流与过孔211中的第二电流之间的串扰。

可选地，电池单元20的过孔211在基板10的正投影可以位于相邻的电池单元20在基板10上的正投影外，此时，过孔211中的第二电极层220可以通过其他的电连接结构实现与相邻电池单元20的第一电极层200的电连接，例如，可以在过孔211靠近基板10的端部设置引线，使其中的第二电极层220通过引线与相邻电池单元20的第一电极层200电连接，或者，也可以在过孔211靠近基板10的端部与相邻电池单元20的第一电极层200之间设置导电体，通过该导电体实现过孔211中的第二电极层220和相邻电池单元20的第一电极层200的电连接。

请继续参照图1，优选地，电池单元20的过孔211在基板10的正投影与相邻的电池单元20的第一电极层200在基板10的正投影交叠，也就是说，一个电池单元20的功能层210中的过孔211位于相邻的电池单元20的第一电极层200背离基板10的一侧，此时，如果过孔211中第二电极层220通过引线或导电体与相邻的电池单元20的第一电极层200电连接，可以缩短引线或导电体的长度，降低成本。

在一些实施例中，至少部分导通材料靠近过孔211设置。

在本实施例中，设置至少部分的导通材料靠近过孔211设置，从而可以在过孔211处阻碍对应的功能层210中的载流子沿平行于基板10的方向传递，进一步降低功能层210中的第一电流和过孔211中的第二电流沿平行于基板10的方向发生串扰的风险。

图2是本申请一些实施例提供的电池的另一结构示意图。

如图2所示，优选地，功能层210沿过孔211的周向环绕填充有导通材料，即，该导通材料至少填充在包覆于过孔211的外周的功能层210中，从而可以沿过孔211的周向较为全面地阻碍功能层210中的载流子沿平行于基板10的方向传递，进一步降低功能层210中的第一电流和过孔211中的第二电流沿平行于基板10的方向发生串扰的风险。

优选地，导通材料均匀地填充于功能层210，即，整个功能层210中均匀地填充有导通材料，因此，从而进一步降低功能层210中的第一电流与过孔211中的第二电流之间沿平行于基板10的方向发生串扰的风险。

图3是本申请一些实施例提供的电池的又一结构示意图。

如图3所示，在一些实施例中，功能层210包括沿远离基板10的方向依次设置在第一电极层200上的第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214，过孔211依次穿过第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214。

光吸收层213用于吸收太阳光并分离出空穴和电子；第一载流子层212可以为电子传输层和空穴传输层中的任意一者，第二载流子层214为另一者，从而可以将光吸收层213产生的电子和空穴分别运输到第一电极层200和第二电极层220，从而形成电流。过孔211依次穿过第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214，从而便于第二电极层220通过该过孔211与相邻电池单元20的第一电极层200电连接。可以理解的是，过孔211依次穿过第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214，因此，过孔211可以直接延伸至相邻的电池单元20的第一电极层200背离基板10的表面上，使第二电极层220通过该过孔211可以直接连接到相邻电池单元20的第一电极层200上，从而无需通过引线或导电体等连接结构来连接第二电极层220和相邻电池单元20的第一电极层200，以节约成本。并且，本实施例的第二电极层220通过过孔211直接与相邻电池单元20的第一电极层200电连接，相较于上述通过其他的导电结构实现二者的电连接而言，还可以避免其他的导电结构对二者之间的电流传递的稳定性造成影响，提高电池的性能。

优选的，第一载流子层212填充有导通材料。

具体地，导通材料可以填充于部分的第一载流子层212，优选地，导通材料填充于整个第一载流子层212中。在本实施例中，通过设置第一载流子层212填充有导通材料，从而通过该导通材料阻碍第一载流子层212中的载流子沿平行于基板10的方向传递，以降低第一载流子层212中的第一电流以及第一载流子层212对应的过孔211中的第二电流之间出现串扰的风险。

优选的，所述光吸收层213填充有导通材料，从而通过该导通材料阻碍光吸收层213中的载流子沿平行于基板10的方向传递，以降低光吸收层213中的第一电流以及光吸收层213对应的过孔211中的第二电流之间出现串扰的风险。

可选地，导通材料可以填充于部分的光吸收层213，从而可以阻碍光吸收层213中的载流子沿平行于基板10的方向传递，同时，可以减少光吸收层213用于分离电子和空穴的能力的牺牲。

可选地，导通材料填充于整个光吸收层213中，以进一步阻碍光吸收层213中的载流子沿平行于基板10的方向的传递。

优选的，第二载流子层214填充有导通材料。

具体地，导通材料可以填充于部分的第二载流子层214，优选地，导通材料填充于整个第二载流子层214中。在本实施例中，通过设置第二载流子层214填充有导通材料，从而通过该导通材料可以进一步阻碍第二载流子层214中的载流子沿平行于基板10的方向传递，以进一步降低第二载流子层214中的第一电流以及第二载流子层214对应的过孔211中的第二电流之间出现串扰的风险。

请继续参照图3，在一些实施例中，第一载流子层212的部分嵌设在相邻的第一电极层200之间；或者，绝缘材料填充在相邻的第一电极层200之间。

可以理解的是，相邻的第一电极层200间隔设置，也就是说，相邻的第一电极层200之间形成有通孔，因此，在本实施例中，通过设置第一载流子层212的部分嵌设在相邻的第一电极层200之间，或者设置绝缘材料填充在相邻的第一电极层200之间，可以提高相邻的第一电极层200之间的绝缘效果。

可选地，该绝缘材料可以为绝缘胶、树脂、硅胶等任何具有绝缘作用的材料。

在一些实施例中，光吸收层213中除填充有导通材料之外，还可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe以及PVK等材料中的至少一种，以实现对电子和空穴的分离。光吸收层213的材料还可以为上述材料以外的其他具有分离电子和空穴的材料，在此不作具体限定。

优选的，第一载流子层212中除填充有导通材料之外，还可以包括TiO2、ZnO、WO3、Zn2SnO4以及SnO2等材料中的至少一种，从而通过上述至少一种材料对光吸收层213分离得到的电子进行运输。当然，第一载流子层212的材料还可以为其他可以用于运输电子的材料。

优选的，第二载流子层214中除填充有导通材料之外，还可以包括Spiro-OMeTAD、NiO等材料中的至少一种，从而通过上述材料对光吸收层213分离得到的空穴进行运输。

在一些实施例中，导通材料包括GeC、GeC2、MoS2、石墨烯等晶格结构相同的材料中的至少一种，从而通过上述材料的各向异性导电特性，实现在垂直于基板10的方向传递载流子而在平行于基板10的方向阻碍载流子传递。

可以理解的是，导通材料还可以为其他与GeC、GeC2等具有相同的晶格结构的材料，例如，可以采用其他元素替位GeC中的Ge元素，或者，以其他元素替位GeC中的C元素，或者，也可以采用其他元素同时替位GeC中的Ge元素和C元素，只需使所形成的导通材料的晶格结构与GeC或GeC2等材料的晶格结构相同即可。

可选地，导通材料也可以为电场梯度影响下的载流子材料，例如，导通材料可以为ZnO材料，并且，通过对该ZnO材料施加电场梯度以使其可以沿垂直于基板10的方向传输载流子，并沿平行于基板10的方向阻碍载流子传递。

第二方面，本申请实施例还提供一种用电装置，包括以上任一项的电池。

第三方面，本申请实施例还提供一种电池的制备方法，包括：

提供基板10，在基板10上制备多个电池单元20，其中，电池单元20包括沿垂直于基板10的方向依次层叠的第一电极层200、功能层210和第二电极层220，功能层210沿垂直于基板10的方向开设有过孔211，第二电极层220通过过孔211与相邻的电池单元20的第一电极层200电连接；功能层210填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板10的方向传递载流子。

图4是本申请一些实施例提供的电池的制备方法的工艺流程图，图5是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S1对应的电池的结构示意图，图6是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S2对应的电池的结构示意图，图7是本申请一些实施例提供的电池的制备方法中步骤S3对应的电池的结构示意图。

如图4～图7所示，可选地，上述在基板10上制备多个电池单元20的步骤具体包括：

S1、提供基板10，在基板10上制备多个第一电极层200。如图5所示，多个第一电极层200依次间隔地形成于基板10上。

S2、在第一电极层200背离基板10的一侧制备功能层210，并沿垂直于基板10的方向在功能层210形成过孔211。如图6所示，在步骤S1之后，可以在第一电极层200背离基板10的一侧依次制备第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214，并在第一载流子层212、光吸收层213和第二载流子层214形成该过孔211。

S3、在功能层210背离基板10的一侧制备第二电极层220，并使第二电极层220的部分填充于过孔211中。如图7所示，第二电极层220的一部分填充在过孔211中，从而通过过孔211与相邻的电池单元20的第一电极层200电连接。

可选地，上述电池单元20可以采用图案化处理制备形成，或者，也可以采用掩模版沉积工艺制备形成，或者，还可以通过在基板10上依次沉积对应层结构的材料，并通过刻蚀工艺形成过孔211以及电池单元20之间的间隙。当然，本申请实施例的电池的制备方法还可以通过其他工艺实现，在此不作具体限定。

本申请实施例提供一种电池、用电装置以及电池的制备方法。电池包括基板10和电池单元20，多个电池单元20间隔设置于基板10上，每个电池单元20包括沿垂直于基板10的方向依次层叠的第一电极层200、功能层210和第二电极层220，功能层210沿垂直于基板10的方向开设有过孔211，第二电极层220提供过孔211与相邻的电池单元20的第一电极层200电连接，以实现电池单元20的串联。功能层210填充有导通材料，导通材料被配置为沿垂直于基板10的方向传递载流子，从而通过该导通材料可以降低自第一电极层200穿过功能层210流向第二电极层220的电流以及自第二电极层220通过过孔211流向相邻电池单元20的第一电极层200的电流之间出现串扰的风险，提高电池的性能和稳定性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括：

基板；

电池单元，多个所述电池单元间隔设置于所述基板上，每个所述电池单元包括沿垂直于所述基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，所述功能层沿垂直于所述基板的方向开设有过孔，所述第二电极层通过所述过孔与相邻的所述电池单元的所述第一电极层电连接；

所述功能层填充有导通材料，所述导通材料被配置为沿垂直于所述基板的方向传递载流子。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，一个所述电池单元的所述第二电极层和所述功能层在所述基板上的正投影分别与相邻的所述电池单元的所述第一电极层在所述基板上的正投影部分交叠，所述过孔沿平行于所述基板的方向贯穿所述功能层；

优选的，所述电池单元的所述过孔在所述基板的正投影与相邻的所述电池单元的所述第一电极层在所述基板的正投影交叠。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，至少部分所述导通材料靠近所述过孔设置。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述功能层沿所述过孔的周向环绕填充有所述导通材料；

优选的，所述导通材料均匀地填充于所述功能层。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述功能层包括沿远离基板的方向依次设置在第一电极层上的第一载流子层、光吸收层和第二载流子层，所述过孔依次穿过所述第一载流子层、光吸收层和第二载流子层；

优选的，所述第一载流子层填充有导通材料；

优选的，所述光吸收层填充有导通材料；

优选的，所述第二载流子层填充有导通材料。

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述第一载流子层的部分嵌设在相邻的所述第一电极层之间；或者，绝缘材料填充在相邻的所述第一电极层之间。

7.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述光吸收层的材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe以及PVK中的至少一种；

优选的，所述第一载流子层的材料包括TiO2、ZnO、WO3、Zn2SnO4以及SnO2中的至少一种；

优选的，所述第二载流子层的材料包括Spiro-OMeTAD、NiO中的至少一种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的电池，其特征在于，所述导通材料包括GeC、GeC2、MoS₂、石墨烯等晶格结构相同的材料中的至少一种。

9.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的电池。

10.一种电池的制备方法，其特征在于，包括：

提供基板，在所述基板上制备多个电池单元，其中，所述电池单元包括沿垂直于所述基板的方向依次层叠的第一电极层、功能层和第二电极层，所述功能层沿垂直于所述基板的方向开设有过孔，所述第二电极层通过所述过孔与相邻的所述电池单元的所述第一电极层电连接；

所述功能层填充有导通材料，所述导通材料被配置为沿垂直于所述基板的方向传递载流子。