CN117320517A - 碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法和应用。包括步骤：对底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线将底电极层分隔成多个子电极区；在底电极层的表面制备功能层，功能层至少包括钙钛矿功能层；沿平行于第一分隔线的方向，对功能层进行第二激光划线处理形成第二分隔线将功能层分隔成多个子功能区；采用掩模版辅助印刷工艺在功能层的表面制备碳电极层，掩模版的栅栏线平行于第二分隔线设置通过栅栏线形成第三分隔线分隔成多个子碳电极区，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。通过掩模版辅助印刷工艺制备电池模组的碳电极层，避免了高功率激光刻蚀划线处理对底电极层易造成损害引发模组失效的问题。

Description

碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法和应用
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接将太阳能/光能转换为电能的技术。传统晶硅太阳能电池生产成本高，生产过程对环境污染大，因此进一步发展高效、低成本的新型太阳能电池是利用太阳能的关键。近年来，钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，因其高的转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本显示出其巨大的应用潜力。
钙钛矿太阳能电池实际应用的一个关键挑战是在不牺牲效率和长期稳定性的情况下实现大面积、高效率的电池组件。目前，钙钛矿太阳能电池的结构通常包括光电转换层、电子功能层、空穴功能层和接触电极。其中，接触电极包括背电极和底电极，往往使用贵金属作为背电极，不仅增加了器件生产成本，还会影响电池的长期稳定性。碳电极成本低、制备工艺简单，适合于印刷工艺制备，同时碳材料良好的化学稳定性使器件整体稳定性得到了明显提高。但是，电池的背电极需要利用激光刻蚀的方法划线来形成模组。而目前碳电极厚度较大，因而利用激光刻蚀的方法对碳电极进行划线需要使用的激光功率高，非常容易破坏最下面的透明导电层，从而引起模组的失效。
因此，为了解决现有技术存在的不足，急需开发一种能够快速大批量制备碳材料背电极的钙钛矿太阳能电池模组的方法，以满足市场应用的迫切需求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决现有碳基钙钛矿太阳能电池模组中碳材料背电极需要使用高激光功率刻蚀，容易造成模组失效的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，包括以下步骤：
获取包括基板和底电极层的导电基底，对所述底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，通过所述第一分隔线将所述底电极层分隔成多个子电极区，清洁处理后得到第一划线基底；
在所述底电极层的表面制备功能层，所述功能层至少包括钙钛矿功能层；
沿平行于所述第一分隔线的方向，对所述功能层进行第二激光划线处理形成第二分隔线，所述第二分隔线的位置与所述第一分隔线的位置不重叠，通过所述第二分隔线将所述功能层分隔成多个子功能区，得到第二划线基底；
采用掩模版辅助印刷工艺在所述功能层的表面制备碳电极层，所述掩模版的栅栏线平行于所述第二分隔线设置，通过所述栅栏线形成第三分隔线，使所述碳电极层分隔成多个子碳电极区，对于同一分隔区所述第三分隔线与所述第一分隔线分别位于所述第二分隔线的两侧，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
本申请第一方面提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，通过对底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，将电极层分隔成多个子电极区；制备至少包含钙钛功能层的功能层后进行第二激光划线处理形成第二分隔线，将所述功能层分隔成多个子功能区。然后，基于形成的第一和第二分隔线设置用于制备碳电极层的掩模版，掩模版的栅栏线平行于所述第二分隔线，且对于同一分隔区所述栅栏线与所述第一分隔线分别设置于所述第二分隔线的两侧。进行印刷工艺通过栅栏线形成第三分隔线，使所述碳电极层分隔成多个子碳电极区，从而在基板上形成多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠层设置在所述基板表面的底电极层、包含钙钛矿的功能层和碳电极层。本申请通过掩模版辅助印刷工艺制备电池模组的碳电极层，一方面使用碳材料作为钙钛矿太阳能电池模组的背电极，有利于降低器件制造成本以及提高器件整体稳定性，对钙钛矿太阳能电池的实际应用起到推动作用；另一方面避免了高功率激光刻蚀划线处理对底电极层易造成损害引发模组失效的问题；并且印刷工艺简单可控，适用于碳基钙钛矿太阳能电池模组的大规模工业化生产和应用。
第二方面，本申请提供一种上述方法制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组，在基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，所述碳基钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠层设置在所述基板表面的底电极层、钙钛矿功能层和碳电极层。
本申请第二方面提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组，通过上述掩模版辅助印刷工艺制得碳电极层，避免了高功率激光刻蚀划线处理对底电极层易造成损害引发模组失效的问题，提高了电池模组的可靠性和稳定性。从而提高了对太阳光的转化效率和稳定性。
第三方面，本申请提供一种光电设备，该光电设备包括上述的碳基钙钛矿太阳能电池模组。
本申请第三方面提供的光电设备，由于采用了上述碳基钙钛矿太阳能电池模组，该碳基钙钛矿太阳能电池模组可靠性高和稳定性好，因而提高了光电设备的使用稳定性和使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的掩模版栅栏线的设置示意图；
图3是本申请实施例提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组中第一分隔线、第二分割线和第三分割线的示意图一；
图4是本申请实施例提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组中第一分隔线、第二分割线和第三分割线的示意图二；
图5是本申请实施例提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组中第一分隔线、第二分割线和第三分割线的示意图三；
图6是本申请实施例1提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组中碳电极层的实物图；
图7是本申请实施例1提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组中钙钛矿薄膜层的实物图；
图8是本申请实施例1提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组的实物图；
图9是本申请实施例1提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组的电压与电流密度变化关系图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请说明书实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请说明书实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请说明书实施例公开的范围之内。具体地，本申请说明书实施例中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
钙钛矿太阳能电池的结构通常包括光电转换层、电子功能层、空穴功能层和接触电极。其中，接触电极包括背电极和底电极。钙钛矿太阳能电池分为正式结构和反式结构，在正式结构中，底电极(透明电极)和背电极分别传递电子和空穴，而在反式结构中正好相反。接触电极用于传递光电转换层吸收太阳光后产生的载流子。底电极具有较高的透过率，用于透过阳光；背电极是不透明的，主要用来传递载流子。背电极具有较低的电阻和较好的导电性能。
目前，往往使用金或银等贵金属作为背电极，而贵金属背电极的制备需要使用真空热蒸镀法，无法使用印刷法制备，工艺复杂，制备成本高，而且高温蒸镀过程中贵金属会与钙钛矿发生反应，从而影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，影响电池的长期稳定性。碳电极是指使用碳材料制成碳电极浆料后制备碳基背电极，具有成本低、制备工艺简单的特点，且碳电极的制备适合于印刷工艺，同时碳材料良好的化学稳定性使器件整体稳定性得到了明显提高。
钙钛矿太阳能电池模组是指将一个大的器件，通过激光划线等方式将器件的功能层分割开来，分成不同的子器件，使上一个子器件背电极(如碳电极)与下一个子器件的底电极(如氧化铟锡ITO)相连形成串联。在制备过程中，功能层、背电极等制备好时都是一个完整的膜层，需要将其分割开来。钙钛矿太阳能电池的背电极需要利用激光刻蚀的方法划线来形成模组，碳电极厚度较高，低功率激光无法穿透，往往需要使用高功率激光对碳电极进行划线，而高功率激光非常容易破坏最下面的透明导电层，使得串联结构失效，从而引起模组的失效。
基于以上考虑，为了避免钙钛矿太阳能电池模组中采用高激光功率对碳电极进行刻蚀划线时容易造成模组失效的问题。本申请实施例提出在分割碳电极时采用掩模版辅助印刷等非激光划线的方法，该方法不依赖于高功率激光，生产成本低，能够快速大批量制备碳基钙钛矿太阳能电池模组的碳材料背电极，更好的满足市场应用的迫切需求。
为了方便理解，本申请通过以下实施例进行具体说明。应理解的是，下面结合实施例，仅用于进一步阐述本申请方案而是不用于限制本申请的范围。
如附图1所示，本申请实施例第一方面提供一种碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，包括以下步骤：
S10.获取包括基板和底电极层的导电基底，对底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，通过第一分隔线将底电极层分隔成多个子电极区，清洁处理后得到第一划线基底；
S20.在底电极层的表面制备功能层，功能层至少包括钙钛矿功能层；
S30.沿平行于第一分隔线的方向，对功能层进行第二激光划线处理形成第二分隔线，第二分隔线的位置与第一分隔线的位置不重叠，通过第二分隔线将功能层分隔成多个子功能区，得到第二划线基底；
S40.采用掩模版辅助印刷工艺在功能层的表面制备碳电极层，掩模版的栅栏线平行于第二分隔线设置，通过栅栏线形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区，对于同一分隔区第三分隔线与第一分隔线分别位于第二分隔线的两侧，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
本申请实施例第一方面提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，通过对底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，将电极层分隔成多个子电极区；制备至少包含钙钛功能层的功能层后进行第二激光划线处理形成第二分隔线，将功能层分隔成多个子功能区。然后，基于形成的第一和第二分隔线设置用于制备碳电极层的掩模版，掩模版的栅栏线平行于第二分隔线，且对于同一分隔区栅栏线与第一分隔线分别位于第二分隔线的两侧。进行印刷工艺通过栅栏线形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区，从而在基板上形成多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠层设置在基板表面的底电极层、包含钙钛矿的功能层和碳电极层。本申请实施例通过掩模版辅助印刷工艺制备电池模组的碳电极层，一方面使用碳材料作为钙钛矿太阳能电池模组的背电极，有利于降低器件制造成本以及提高器件整体稳定性，对钙钛矿太阳能电池的实际应用起到推动作用；另一方面避免了高功率激光刻蚀划线处理对底电极层易造成损害引发模组失效的问题；并且印刷工艺简单可控，适用于碳基钙钛矿太阳能电池模组的大规模工业化生产和应用。
上述步骤S10中，获取包括基板和底电极层的导电基底，对底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，通过第一分隔线将底电极层分隔成多个子电极区，清洁处理后得到第一划线基底。
在一些可能的实现方式中，第一激光划线处理的功率为8～16W，速度为400～600mm/s。在该激光划线处理条件下，能够高效的将底电极层刻蚀分隔成多个子电极区，且不会破坏导电基底中基板。示例性的，第一激光划线处理的功率可以是8W、9W、10W、11W、12W、13W、14W、15W、16W等，或8～16W之间的任意取值，速度为400mm/s、450mm/s、500mm/s、550mm/s、600mm/s等，或400～600mm/s之间的任意取值。
在一些可能的实现方式中，导电基底中，底电极层选自氧化铟锡、掺氟氧化锡中的至少一种透明电极。在这情况下，采用的这些透明电极具有至少具有如下优点：高透光性，可以保证光线高效地进入有机光伏器件内部，从而提高光电转换效率；高导电率，可以以最低的损耗导出光转化的电流，从而实现高效的光电转换；低光学吸收率，可以最大限度地利用入射光，提高光电转换效率；高表面平整度，可以减少光线的散射和反射，提高光电转换效率；以及具有较高的化学稳定性和导电性稳定性，抗氧化性强，不易氧化和硫化。
在一些可能的实现方式中，导电基底中，基板为柔性基板或刚性基板。在这种情况下，本申请实施例导电基底既可以采用柔性基板，又可以采用刚性基板；其中，柔性基板具有柔韧性，可以在弯曲和扭曲等形变条件下保持完整性，且轻薄便携，可塑性强，具有较好的抗震击和抗振动能力，适用于一些对机械应力敏感的场合。柔性基板适用于需要轻薄、可弯曲、可卷曲、可穿戴和可折叠的器件。其中，刚性基板的强度高，通常由刚硬材料(如玻璃、硅等)制成，具有较高的机械强度，可以提供良好的支撑和稳定性。刚性基板的热膨胀系数较小，具有较好的导热性能，有助于及时散热，防止器件过热。另外，由于刚性基板的刚性和稳定性，可以提供更高的加工精度和位置精度。
在一些可能的实现方式中，柔性基板的材料包括酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚醚砜树脂中的至少一种。
在一些可能的实现方式中，刚性基板的材料包括玻璃、硅等。
在一些可能的实现方式中，清洁处理的步骤包括清洗干燥后，进行紫外臭氧处理。对基底进行紫外臭氧处理的目的主要是清洁基底表面，同时改变其亲疏水性，优化后续墨水在基底上的打印效果。
在一些可能的实现方式中，第一分隔线的作用是将底电极层分隔成多个子电极区，该分隔线的宽度为激光划线的激光光斑宽度，其深度为底电极层的厚度。
上述步骤S20中，在底电极层的表面制备功能层，功能层至少包括钙钛矿功能层。在这种情况下，钙钛矿功能层是太阳能电池模组中的光生伏特效应的主要功能层。当太阳光照射到钙钛矿功能层时，钙钛矿功能层材料吸收光子产生电子-空穴对，即激子，这些激子产生后会在整个晶体内运动。激子在内建电场作用下容易发生解离，其中电子跃迁到激发态，进入LUMO能级，解除束缚的空穴留在HOMO能级，进而成为自由载流子。这些载流子被传输到电极，进而在外电路形成电荷定向移动，产生电流，实现光能向电能的转换。
在一些可能的实现方式中，制备钙钛矿功能层的原料包括ABX3型钙钛矿材料中的至少一种，其中，A选自甲胺、甲脒、铯、铷、钾、钠中的至少一种；B选自铅、锡、锗、铋中的至少一种；X选自碘、溴、氯中的至少一种；
在一些可能的实现方式中，制备功能层的步骤包括：在底电极层的表面，采用印刷工艺依次制备电子功能层、钙钛矿功能层和空穴功能层。在这种情况下，在底电极层与钙钛矿功能层之间设置电子功能层，在碳电极层与钙钛矿功能层之间设置空穴功能层。通过设置电子功能层和空穴功能层提高太阳能电池模组中电子与空穴的迁移、传输效率。并且，器件的所有功能层均采用印刷工艺制备，避免高温对器件功能层的影响，全程可在空气环境下进行，有利于大规模生产。
在一些可能的实现方式中，沿底电极层向钙钛矿功能层的方向，电子功能层包括电子注入层、电子传输层、空穴阻挡层中的至少一种。在这种情况下，电子注入层用于提高电子注入效率和增加电子与其他层的接触面积。电子传输层用于增加电子的输运性能并减少电子与其他层之间的能级差。空穴阻挡层位于钙钛矿功能层和电子传输层之间，用于防止空穴进入电子传输层，以提高器件效率。
在一些可能的实现方式中，制备电子功能层的原料包括SnO2、TiO2、ZnO2、氧化钨、PC61BM、C60中的至少一种电子传输材料，这些材料可以提高电子的传输效率。
在一些可能的实现方式中，电子注入层的材料主要包括：含有低功函金属离子的有机材料，如戊间二酮锂、二叔丁基戊酞甲烷锂等；含有缺电子的含氮芳环结构的材料，如8-羟基喹啉锂、4-羟基菲啶锂等；含有8-羟基喹啉铯、三(8-羟基喹啉)铒等。
在一些可能的实现方式中，空穴阻挡层中包括C9H6LiNO、Liq、8-羟基喹啉-锂、C12O4H10、(O-Ph)3等，它们可以阻挡空穴到达电子传输层，提高器件的光电转换效率。
在一些可能的实施方式中，沿碳电极层向钙钛矿功能层的方向，空穴功能层包括空穴传输层、电子阻挡层中的至少一种。在这种情况下空穴传输层用于增加空穴的输运性能并减少空穴与其他层之间的能级差。电子阻挡层位于钙钛矿功能层和空穴传输层之间，以提高器件效率。
在一些可能的实现方式中，制备空穴功能层的原料包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA、3-己基噻吩的聚合物P3HT、碘化亚铜CuI、硫氰化亚铜CuSCN、镍的氧化物NiOX、铜的卟啉配合物CuPc、Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴,N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis(4-甲氧苯基)-9,9′-螺二芴-2,2′,7,7′-四胺)、四[(三甲基硅基)氨基]环丁烷TAPC、三苯基二硫化物TPD、N-苯基-N-(1-萘基)-N-乙基-对苯二胺NPB、2-氨基-4,6-二甲氧基苯甲酸甲酯MeO-2PACz中的至少一种空穴传输材料；这些材料可以提高空穴的传输效率。
在一些可能的实现方式中，电子阻挡层的材料包括MgO、Al2O3、LiF和ZnO等，它们可以阻挡来电子进入空穴传输层提高器件效率。
在一些可能的实现方式中，印刷工艺包括刮涂、喷涂、狭缝涂布中的至少一种。其中，刮涂主要是在薄膜基材和刮刀的涂布辊之间完成的。喷涂适用于大面积的涂布，其优点是能够减少材料浪费，同时可以给涂料提供更均匀的分布。狭缝涂布是一种高精密的涂布方式，其工作原理是将涂布液在一定压力和流量下沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上。狭缝涂布具有涂布速度快、精度高、湿厚均匀、涂布系统封闭，能防止污染物进入，浆料利用率高、保持浆料性质稳定等优点。
在一些可能的实现方式中，制备电子功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备电子涂层后，在温度为50～550℃的条件下退火10～180min；制得电子功能层。
在一些实施例中，制备电子传输层的步骤包括：将导电基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与导电基底之间的间距为0.1～1mm，控制刮涂速率为0.1～50cm/s，将电子浆料刮涂到导电基底上，得到电子浆料湿膜后，立即转移到热台上退火，热台温度为100～550℃，退火时长10～180min，得到电子传输层。
在一些可能的实现方式中，制备钙钛矿功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备钙钛矿涂层后，在温度为25～250℃的条件下退火10～180min，得到钙钛矿功能层。
在一些实施例中，制备钙钛矿功能层的步骤包括：将制备了电子功能层的基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与导电基底之间的间距为0.1～1mm，控制刮涂速率为0.1～50cm/s，钙钛矿溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到钙钛矿液膜后立即转移到热台上退火，热台温度为100～250℃，退火时长10～180min，得到钙钛矿功能层。
在一些可能的实现方式中，制备空穴功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备空穴涂层后，在温度为100～200℃的条件下退火10～180min，得到空穴功能层。
在一些实施例中，制备空穴功能层的步骤包括：将制备了钙钛矿功能层的基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与导电基底之间的间距为0.1～1mm，控制刮涂速率为0.1～50cm/s，空穴浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到空穴功能湿膜层后立即转移到热台上退火，热台温度为100～200℃，退火时长10～180min，得到空穴功能层。
上述步骤S30中，沿平行于第一分隔线的方向，对功能层进行第二激光划线处理形成第二分隔线，第二分隔线的位置与第一分隔线的位置不重叠，通过第二分隔线将功能层分隔成多个子功能区，得到第二划线基底。本申请实施例通过第一分隔线的位置设置第二分隔线的位置，通过对功能层进行第二激光划线处理将其分隔成多个子功能区。
在一些可能的实现方式中，第二分隔线的深度为包括钙钛矿功能层、电子功能层和空穴功能层的总厚度，即第二分隔线完全穿透功能层，但没有破坏底电极层，相邻子功能区之间的第二分割线使导电基底的底电极层裸露。确保后续碳电极制备时，碳电极材料能够渗透第二分割线与底部的底电极接触，确保基底上形成串联的碳基钙钛矿太阳能电池模组。
在一些可能的实现方式中，第二激光划线处理的功率为10W～30W，速度为400～600mm/s。在该激光划线处理条件下，能够高效的将功能层刻蚀分隔成多个子功能区，且不会破坏导电基底中底电极层。示例性的，第二激光划线处理的功率可以是10W、12W、14W、15W、17W、19W、20W、22W、24W、25W、27W、29W、30W等，或10W～30W之间的任意取值，速度为400mm/s、450mm/s、500mm/s、550mm/s、600mm/s等，或400～600mm/s之间的任意取值。
在一些可能的实现方式中，第二分隔线与第一分隔线的间距为0.001～0.1mm。在这种情况下，第二分隔线与第一分隔线的间距，既确保了基底上能够形成串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元模组；又避免了电池模组中无效区域的增加。示例性的，第二分隔线与第一分隔线的间距可以是0.001mm、0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm等，或者0.001～0.1mm之间的任意取值。
在一些可能的实现方式中，第二分隔线的宽度为0.05～1.2mm。在这种情况下，第二分割线的宽度既确保了后续碳电极层材料能够渗透到第二分割线并与底部底电极层接触，从而确保基底上能够形成串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元模组；又避免了电池模组中无效区域的增加。示例性的，第二分隔线的宽度可以是0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm等，或者0.05～1.2mm之间的任意取值。
上述步骤S40中，采用掩模版辅助印刷工艺在功能层的表面制备碳电极层，掩模版的栅栏线平行于第二分隔线设置，通过栅栏线形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区，对于同一分隔区第三分隔线与第一分隔线分别位于第二分隔线的两侧，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。在这种情况下，基于第一和第二分隔线的位置设置掩模版的栅栏线，进行印刷工艺碳电极材料渗透到第二分割线并与底部底电极层接触，同时通过栅栏线的遮挡形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区。对于同一分隔区栅栏线与第一分隔线分别设置于第二分隔线的两侧，从而在基板上形成多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
在一些可能的实现方式中，制备碳电极层的步骤包括：在功能层的表面设置掩模版，使栅栏线平行于第二分隔线且位于远离第一分隔线的一侧，即，对于同一分隔区栅栏线与第一分隔线分别设置于第二分隔线的两侧，如附图2所示。然后，将碳电极浆料沉积到掩模版上进行印刷处理，碳电极材料渗透到第二分割线并与底部底电极层接触，同时通过栅栏线的遮挡形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区，退火处理，移去掩模版，得到图案化的碳电极层。
在一些实施例中，栅栏线紧挨着第二分割线设置，并遮挡第二分割线的一部分边缘区，此时进行印刷工艺通过栅栏线形成的第三分隔线。示例性的，如附图3所示，玻璃基板表面的电池单元包括依次叠层设置的ITO底电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及顶部的碳电极层，其中，ITO层通过第一分隔线P1分隔成多个子电极区，包括电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层的功能层通过第二分割线P2分隔成多个子功能区，碳电极层通过第三分隔线P3分隔成多个子碳电极区，碳电极材料渗透并填充到第二分隔线P2的一侧边，并与底部底电极层接触。
在一些实施例中，栅栏线紧挨着第二分割线设置，此时进行印刷工艺通过栅栏线形成第三分隔线。示例性的，如附图4所示，玻璃基板表面的电池单元包括依次叠层设置的ITO底电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及顶部的碳电极层，其中，ITO层通过第一分隔线P1分隔成多个子电极区，包括电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层的功能层通过第二分割线P2分隔成多个子功能区，碳电极层通过第三分隔线P3分隔成多个子碳电极区，碳电极材料渗透并完全填充到第二分隔线中，并与底部底电极层接触。
在一些实施例中，栅栏线与第二分隔线之间保留一定的间距，此时进行印刷工艺通过栅栏线形成第三分隔线。示例性的，如附图5所示，玻璃基板表面的电池单元包括依次叠层设置的ITO底电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及顶部的碳电极层，其中，ITO层通过第一分隔线P1分隔成多个子电极区，包括电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层的功能层通过第二分割线P2分隔成多个子功能区，碳电极层通过第三分隔线P3分隔成多个子碳电极区，碳电极材料渗透并完全填充到第二分隔线中，并与底部底电极层接触。
在一些可能的实现方式中，退火处理的温度条件为80～120℃，时长为10～60min。在该退火条件下，有利于形成稳定的图案化的碳电极层。示例性的，退火处理的温度条件可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等，或者80～120℃之间的任意取值，时长可以是10～20min、20～30min、30～40min、40～50min、50～60min等。
在一些实施例中，制备碳电极层的步骤包括：将制备好功能层的基底放置在刮涂机的平台上，在功能层的表面设置掩模版，使栅栏线平行于第二分隔线且位于远离第一分隔线的一侧；调整刮刀与基底之间的间距为0.1～1mm，控制刮涂速率为0.1～50cm/s。将碳电极浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到碳电极薄膜后立即转移到热台上退火，热台温度为80～120℃，时长为10～60min。退火完成后将掩模版去除，在功能层表面形成图案化的碳电极。
在一些可能的实现方式中，碳电极浆料中，碳材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，这些碳材料制成碳电极具有许多优势，包括：成本较低、机械强度高、高温性能好、电极制造方便、电极材料来源广泛、环保性较好、可进行再生利用等。
在一些可能的实现方式中，碳电极浆料中，溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙烯酸树脂、二乙二醇丁醚、二乙二醇丙醚、甲苯、氯苯、丙二醇甲醚、乙酸正丁酯中、松油醇的至少一种；这些溶剂对碳电极材料具有较好的分散稳定性。
在一些可能的实现方式中，碳电极浆料的粘度为10000～30000CPS。在一些可能的实现方式中，碳电极浆料的固含量为40％～70％。在该情况下，有利于碳电极浆料通过印刷工艺渗透到第二分割线并与底部底电极层接触。示例性的，碳电极浆料的粘度可以是10000CPS、15000CPS、20000CPS、25000CPS、30000CPS等，或者10000～30000CPS之间的任意取值。碳电极浆料的固含量可以是40％、50％、60％、70％等，或者40％～70％之间的任意取值。
在一些可能的实现方式中，栅栏线的宽度为0.01～1mm。在一些可能的实现方式中，第三分隔线的宽度为0.01～1mm。在这种情况下，栅栏线的宽度会影响形成的第三分隔线的宽度，上述实施例栅栏线和第三分隔线的宽度既确保了在基板上形成多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，又避免无效区域的增加。示例性的，栅栏线的宽度可以是0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm等，或0.01～1mm之间的任意取值。第三分隔线的宽度可以是0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm等，或0.01～1mm之间的任意取值。
在一些可能的实现方式中，掩模版的厚度为0.01～0.1mm。在这种情况下，充分确保了通过栅栏线的遮挡形成第三分隔线，使碳电极层分隔成多个子碳电极区。
在一些可能的实现方式中，第三分隔线与第二分隔线的间距为0～0.1mm。在这种情况下，对于同一分隔区第三分隔线与第一分隔线分别位于第二分隔线的两侧，该间距充分确保了在基板上形成多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。示例性的，第三分隔线与第二分隔线的间距可以是0mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm等。或者0～0.1mm之间的任意取值，第三分隔线与第二分隔线的间距越小在电池模组中形成无效区域越少。
在一些可能的实现方式中，空穴功能层的厚度为5～1000nm；在该厚度情况下，充分确保了空穴的传输效率。示例性的，空穴功能层的厚度可以是5～10nm、10～50nm、50～100nm、100～200nm、200～300nm、300～500nm、500～600nm、600～800nm、800～1000nm等。
在一些可能的实现方式中，电子功能层的厚度为10～100nm；在该厚度情况下，充分确保了电子的传输效率。示例性的，电子功能层的厚度可以是10～20nm、20～30nm、30～40nm、40～50nm、50～60nm、60～70nm、70～80nm、80～90nm、90～100nm等。
在一些可能的实现方式中，钙钛矿功能层的厚度为100～10000nm；在该厚度情况下，充分确保了器件的光电转化效率。示例性的，钙钛矿功能层的厚度可以是100～500nm、500～1000nm、1000～3000nm、3000～5000nm、5000～8000nm、8000～10000nm等。
在一些可能的实现方式中，底电极层的厚度为100～300nm。在一些可能的实现方式中，碳电极层的厚度为50～200μm。本申请电极在上述实施例厚度的情况下，充分确保了电子和空穴的产生，以及对载流子的传输。示例性的，底电极层的厚度可以是100～150nm、150～200nm、200～250nm、250nm～300nm等。示例性的，碳电极层的厚度可以是50～100nm、150～200nm等。
第二方面，本申请实施例提供一种上述方法制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组，在基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，碳基钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠层设置在基板表面的底电极层、钙钛矿功能层和碳电极层。
本申请实施例第二方面提供的碳基钙钛矿太阳能电池模组，通过上述掩模版辅助印刷工艺制得碳电极层，避免了高功率激光刻蚀划线处理对底电极层易造成损害引发模组失效的问题，提高了电池模组的可靠性和稳定性。从而提高了对太阳光的转化效率和稳定性。
第三方面，本申请实施例提供一种光电设备，该光电设备包括上述的碳基钙钛矿太阳能电池模组。
本申请实施例第三方面提供的光电设备，由于采用了上述碳基钙钛矿太阳能电池模组，该碳基钙钛矿太阳能电池模组可靠性高和稳定性好，因而提高了光电设备的使用稳定性和使用寿命。
在一些可能的实现方式中，光电设备包括太阳能路灯、LED灯、太阳能充电器、太阳能电池板、太阳能热水器、太阳能发电系统等。这些设备利用太阳能的能量进行光电转化，将太阳能转化为电能进行利用或储存。
为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例碳基钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
一种碳基钙钛矿太阳能电池模组，在玻璃基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元的结构包括依次叠层设置的：厚度为100nm的ITO底电极层，厚度为50nm的SnO2电子传输层，厚度为800nm的MA0.6FA0.4PbI3的钙钛矿层，厚度为20nm的P3HT空穴传输层，厚度为100μm的碳电极层。
其制备包括步骤：
①对尺寸为10×10cm的导电基底表面的ITO层进行激光划线处理，在基底表面形成10个子ITO区。
②制备电子传输层：将SnO2胶体水分散液与去离子水混合后搅拌均匀。两者比例为1:3。将ITO基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与ITO基底之间的间距为D1＝0.1mm，控制刮涂速率为V1＝10mm/s，得到SnO2液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F1＝150℃，退火时间T1＝20min，得到电子传输层。
③制备钙钛矿光吸收层：将FAI、MAI以及PbI2溶解在DMF中，配置成化学计量比为MA0.6FA0.4PbI3的钙钛矿溶液。将制备了电子传输层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D2＝0.15mm，控制刮涂速率为V2＝15mm/s。将上述钙钛矿溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到钙钛矿液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F2＝150℃，退火时间T2＝20min，得到钙钛矿光吸收层。
④制备空穴传输层：将P3HT溶解在氯苯溶剂中得到浓度为10mg/ml的空穴传输层溶液。将制备好钙钛矿层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D3＝0.1mm，控制刮涂速率为V3＝10mm/s。将上述空穴传输层溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到空穴传输层后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，退火时间T3＝10min，得到空穴传输层。
⑤使用激光器对电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层进行P2划线处理，使包含电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层的功能层划分成10个子功能区，P2线与P1线的间距为0.05mm，P2线的宽度为0.3mm。
⑥将掩模版放置在空穴传输层上方，使掩模版的栅栏线与P2线平行，两者之间的距离为0.001mm，且栅栏线和P1线分别位于P2线的两侧。将粒径为5μm的石墨、粒径为20nm的炭黑、粘度为50mPa·s的羧甲基纤维素依次置入球磨罐中，炭黑与石墨的质量分数分别为60％、40％，加温至100℃烘干，再加入松油醇、丙烯酸树脂后研磨6h，使其充分研磨并具有较好的流动性。将制备好功能层的基底以及掩模版放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D4＝0.5mm，控制刮涂速率为V4＝50mm/s。将碳电极浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到碳电极薄膜后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，时长为10min。退火完成后将掩模版去除，在空穴层表面形成图案化的碳电极，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
实施例2
一种碳基钙钛矿太阳能电池模组，在玻璃基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元的结构包括依次叠层设置的：厚度为200nm的FTO底电极层，厚度为100nm的TiO2电子传输层，厚度为800nm的FA0.8Cs0.2PbI3的钙钛矿层，厚度为20nm的P3HT空穴传输层，厚度为100μm的碳电极层。
其制备包括步骤：
①.对尺寸为10×10cm的导电基底表面的FTO层进行激光划线处理，在基底表面形成10个子FTO区。制备电子传输层：称取0.1375g双(2,4-戊二酮酸)双(2-丙醇酸)钛(Ⅳ)，加入2.5ml的正丁醇，得到0.15ml/L的(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的正丁醇溶液。将FTO基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与FTO基底之间的间距为D1＝0.1mm，控制刮涂速率为V1＝10mm/s，得到TiO2液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F1＝450℃，退火时间T1＝60min，得到电子传输层。
②.制备钙钛矿光吸收层：将FAI、CsI以及PbI2溶解在DMF中，配置成化学计量比为FA0.8Cs0.2PbI3的钙钛矿溶液。将制备了电子传输层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D2＝0.15mm，控制刮涂速率为V2＝15mm/s。将上述钙钛矿溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到钙钛矿液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F2＝150℃，退火时间T2＝20min，得到钙钛矿光吸收层。
③.制备空穴传输层：将P3HT溶解在氯苯溶剂中得到浓度为10mg/ml的空穴传输层溶液。将制备好钙钛矿层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D3＝0.1mm，控制刮涂速率为V3＝10mm/s。将上述空穴传输层溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到空穴传输层后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，退火时间T3＝10min，得到空穴传输层。
④.使用激光器对电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层进行P2划线处理，使包含电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层的功能层划分成10个子功能区，P2线与P1线的间距为0.05mm，P2线的宽度为0.3mm。
⑤.将掩模版放置在空穴传输层上方，使掩模版的栅栏线与P2线平行，两者之间的距离为0.001mm，且栅栏线和P1线分别位于P2线的两侧。将粒径为5μm的石墨、粒径为20nm的炭黑、粘度为50mPa·s的羧甲基纤维素依次置入球磨罐中，炭黑与石墨的质量分数分别为60％、40％，加温至100℃烘干，再加入松油醇、丙烯酸树脂后研磨6h，使其充分研磨并具有较好的流动性。将制备好功能层的基底以及掩模版放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D4＝0.8mm，控制刮涂速率为V4＝20mm/s。将碳电极浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到碳电极薄膜后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，时长为20min。退火完成后将掩模版去除，在空穴层表面形成图案化的碳电极，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
实施例3
一种碳基钙钛矿太阳能电池模组，在玻璃基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元的结构包括依次叠层设置的：厚度为100nm的ITO底电极层，厚度为50nm的NiO2空穴传输层，厚度为800nm的MA0.6FA0.4PbI3的钙钛矿层，厚度为20nm的PC61BM空穴传输层，厚度为100μm的碳电极层。
其制备包括步骤：
①对尺寸为10×10cm的导电基底表面的ITO层进行激光划线处理，在基底表面形成10个子ITO区。
②制备电子传输层：将NiO2纳米晶与去离子水混合后搅拌均匀，配制成两者10mg/ml的分散液。将ITO基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与ITO基底之间的间距为D1＝0.1mm，控制刮涂速率为V1＝10mm/s，得到NiO2液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F1＝150℃，退火时间T1＝20min，得到NiO2空穴传输层。
③制备钙钛矿光吸收层：将FAI、MAI以及PbI2溶解在DMF中，配置成化学计量比为MA0.6FA0.4PbI3的钙钛矿溶液。将制备了NiO2传输层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D2＝0.15mm，控制刮涂速率为V2＝15mm/s。将上述钙钛矿溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到钙钛矿液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F2＝150℃，退火时间T2＝20min，得到钙钛矿光吸收层。
④制备电子传输层：将PC61BM溶解在氯苯溶剂中得到浓度为20mg/ml的电子传输层溶液。将制备好钙钛矿层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D3＝0.1mm，控制刮涂速率为V3＝10mm/s。将上述电子传输层溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到电子传输层后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，退火时间T3＝10min，得到电子传输层。
⑤使用激光器对电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层进行P2划线处理，使包含电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层的功能层划分成10个子功能区，P2线与P1线的间距为0.05mm，P2线的宽度为0.3mm。
⑥将掩模版放置在电子传输层上方，使掩模版的栅栏线与P2线平行，两者之间的距离为0.001mm，且栅栏线和P1线分别位于P2线的两侧。将粒径为5μm的石墨、粒径为20nm的炭黑、粘度为50mPa·s的羧甲基纤维素依次置入球磨罐中，炭黑与石墨的质量分数分别为60％、40％，加温至100℃烘干，再加入松油醇、丙烯酸树脂后研磨6h，使其充分研磨并具有较好的流动性。将制备好功能层的基底以及掩模版放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D4＝0.5mm，控制刮涂速率为V4＝50mm/s。将碳电极浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到碳电极薄膜后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，时长为10min。退火完成后将掩模版去除，在空穴层表面形成图案化的碳电极，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
实施例4
一种碳基钙钛矿太阳能电池模组，在玻璃基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，其中，碳基钙钛矿太阳能电池单元的结构包括依次叠层设置的：厚度为200nm的FTO底电极层，厚度为100nm的TiO2电子传输层，厚度为800nm的FA0.8Cs0.2PbI3的钙钛矿层，厚度为20nm的P3HT空穴传输层，厚度为100μm的碳电极层。
其制备包括步骤：
①.对尺寸为10×10cm的导电基底表面的FTO层进行激光划线处理，在基底表面形成10个子FTO区。制备电子传输层：称取0.1375g双(2,4-戊二酮酸)双(2-丙醇酸)钛(Ⅳ)，加入2.5ml的正丁醇，得到0.15ml/L的(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的正丁醇溶液。将FTO基底放置在刮涂机的平台上，调节刮刀与FTO基底之间的间距为D1＝0.1mm，控制刮涂速率为V1＝10mm/s，得到TiO2液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F1＝450℃，退火时间T1＝60min，得到电子传输层。
②.制备钙钛矿光吸收层：将FAI、CsI以及PbI2溶解在DMF中，配置成化学计量比为FA0.8Cs0.2PbI3的钙钛矿溶液。将制备了电子传输层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D2＝0.15mm，控制刮涂速率为V2＝15mm/s。将上述钙钛矿溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到钙钛矿液膜后立即转移到热台上退火，热台温度F2＝150℃，退火时间T2＝20min，得到钙钛矿光吸收层。
③.制备空穴传输层：将P3HT溶解在氯苯溶剂中得到浓度为10mg/ml的空穴传输层溶液。将制备好钙钛矿层的基底放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D3＝0.1mm，控制刮涂速率为V3＝10mm/s。将上述空穴传输层溶液注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到空穴传输层后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，退火时间T3＝10min，得到空穴传输层。
④.使用激光器对电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层进行P2划线处理，使包含电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层的功能层划分成10个子功能区，P2线与P1线的间距为0.05mm，P2线的宽度为0.3mm。
⑤.将掩模版放置在空穴传输层上方，使掩模版的栅栏线与P2线平行，两者之间的距离为0.001mm，且栅栏线和P1线分别位于P2线的两侧。将粒径为5μm的石墨、粒径为20nm的炭黑、粘度为50mPa·s的羧甲基纤维素依次置入球磨罐中，炭黑与石墨的质量分数分别为60％、40％，加温至100℃烘干，再加入松油醇、丙烯酸树脂后研磨6h，使其充分研磨并具有较好的流动性。将制备好功能层的基底以及掩模版放置在刮涂机的平台上，调整刮刀与基底之间的间距为D4＝0.8mm，控制刮涂速率为V4＝20mm/s。将碳电极浆料注入到刮刀与基底之间的缝隙中，随后启动刮涂设备，得到碳电极薄膜后立即转移到热台上退火，热台温度F3＝120℃，时长为20min。退火完成后将掩模版去除，在空穴层表面形成图案化的碳电极，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
对比例1
本对比例提供一种大面积钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其与实施例1的区别仅在于，碳电极层的P3线不采用掩模版辅助法，而使用激光刻蚀法实现。
对比例2
本对比例提供一种大面积钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其与实施例1的区别仅在于，碳电极层的P3线不采用掩模版辅助法，而使用机械划线法实现。
进一步的，为了验证本申请实施例的进步性，对上述实施例和对比例分别进行了如下性能测试：
1、对实施例1制备的钙钛矿薄膜层、碳电极层、以及电池模组的实物分别进行的观测，其中，碳电极层的实物图如附图6所示，钙钛矿薄膜层的实物图如附图7所示，碳基钙钛矿太阳能电池模组的实物图如附图8所示。
2、对实施例制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组的电压和电流密度的关系进行了测试。其中，实施例1的测试结果如附图9所示，从测试结果可知，本申请实施例采用掩模版辅助法制备模组的碳电极层的器件可以正常工作。然而，对比例1采用激光刻蚀法制备碳电极层P3线的对比器件，由于激光功率过高，将底电极破坏，器件表现出断路现象。对比例2采用机械划线法制备碳电极层P3线的器件，由于机械精度低，导致P3线与P2线重合，器件短路。
3、对各实施例制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组器件的开路电压、电流密度、填充因子、效率等分别进行测试，测试结果如下表1所示。
4、碳基钙钛矿太阳能电池模组的稳定性测试：将各实施例制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组器件在85℃下烘烤1000h后，测量碳基钙钛矿太阳能电池模组的初始效率，测试结果如下表1所示。
表1
由上述表1测试结果可知，本申请实施例1～4制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组器件均有相对较高的光电转换效率，且在85℃下烘烤1000h后初始效率保持率仍不低于90％，初始效率保持率高，说明碳基钙钛矿太阳能电池模组具有优异的高温稳定性。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取包括基板和底电极层的导电基底，对所述底电极层进行第一激光划线处理形成第一分隔线，通过所述第一分隔线将所述底电极层分隔成多个子电极区，清洁处理后得到第一划线基底；
在所述底电极层的表面制备功能层，所述功能层至少包括钙钛矿功能层；
沿平行于所述第一分隔线的方向，对所述功能层进行第二激光划线处理形成第二分隔线，所述第二分隔线的位置与所述第一分隔线的位置不重叠，通过所述第二分隔线将所述功能层分隔成多个子功能区，得到第二划线基底；
采用掩模版辅助印刷工艺在所述功能层的表面制备碳电极层，所述掩模版的栅栏线平行于所述第二分隔线设置，通过所述栅栏线形成第三分隔线，使所述碳电极层分隔成多个子碳电极区，对于同一分隔区所述第三分隔线与所述第一分隔线分别位于所述第二分隔线的两侧，得到碳基钙钛矿太阳能电池模组。
2.如权利要求1所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，所述第二分隔线与所述第一分隔线的间距为0.001～0.1mm；
和/或，所述第三分隔线与所述第二分隔线的间距为0～0.1mm；
和/或，所述第二分隔线的宽度为0.05～1.2mm；
和/或，所述第三分隔线的宽度为0.01～1mm。
3.如权利要求1或2所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，制备所述碳电极层的步骤包括：在所述功能层的表面设置所述掩模版，使所述栅栏线平行于所述第二分隔线且位于远离所述第一分隔线的一侧；将碳电极浆料沉积到所述掩模版上进行印刷处理后，退火处理，得到图案化的所述碳电极层。
4.如权利要求3所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，所述碳电极浆料中，碳材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；
和/或，所述碳电极浆料中，溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙烯酸树脂、二乙二醇丁醚、二乙二醇丙醚、甲苯、氯苯、丙二醇甲醚、乙酸正丁酯、松油醇中的至少一种；
和/或，所述碳电极浆料的粘度为10000～30000CPS；
和/或，所述碳电极浆料的固含量为40％～70％；
和/或，所述退火处理的温度条件为80～120℃，时长为10～60min；
和/或，所述栅栏线的宽度为0.01～1mm；
和/或，所述掩模版的厚度为0.01～0.1mm。
5.如权利要求1、2或4任一项所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，所述第一激光划线处理的功率为8～16W，速度为400～600mm/s；
和/或，所述第二激光划线处理的功率10～30W，速度为400～600mm/s；
和/或，制备所述功能层的步骤包括：在所述底电极层的表面，采用印刷工艺依次制备电子功能层、所述钙钛矿功能层和空穴功能层；
和/或，所述清洁处理的步骤包括清洗干燥后，进行紫外臭氧处理；
和/或，所述导电基底中，所述底电极层选自氧化铟锡、掺氟氧化锡中的至少一种透明电极；
和/或，所述导电基底中，所述基板为柔性基板或刚性基板。
6.如权利要求5所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，制备所述钙钛矿功能层的原料包括ABX3型钙钛矿材料中的至少一种，其中，A选自甲胺、甲脒、铯、铷、钾、钠中的至少一种；B选自铅、锡、锗、铋中的至少一种；X选自碘、溴、氯中的至少一种；
和/或，制备所述电子功能层的原料包括SnO2、TiO2、ZnO2、氧化钨、PC61BM、C60中的至少一种电子传输材料；
和/或，制备所述空穴功能层的原料包括PTAA、P3HT、CuI、CuSCN、NiOX、CuPc、Spiro-OMeTAD、TAPC、TPD、NPB、MeO-2PACz中的至少一种空穴传输材料；
和/或，所述柔性基板的材料包括酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚醚砜树脂中的至少一种；
和/或，所述刚性基板的材料包括玻璃、硅中的至少一种。
7.如权利要求5所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，所述印刷工艺包括刮涂、喷涂、狭缝涂布中的至少一种；
和/或，制备所述钙钛矿功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备钙钛矿涂层后，在温度为25～250℃的条件下退火10～180min；
和/或，制备所述电子功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备电子涂层后，在温度为50～550℃的条件下退火10～180min；
和/或，制备所述空穴功能层的步骤包括：采用印刷工艺制备空穴涂层后，在温度为50～200℃的条件下退火10～180min。
8.如权利要求6～7任一项所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其特征在于，所述空穴功能层的厚度为5～1000nm；
和/或，所述电子功能层的厚度为10～100nm；
和/或，所述钙钛矿功能层的厚度为100～10000nm；
和/或，所述底电极层的厚度为100～300nm；
和/或，所述碳电极层的厚度为50～200μm。
9.一种如权利要求1～8任一项所述方法制备的碳基钙钛矿太阳能电池模组，其特征在于，在基板上包括多个串联的碳基钙钛矿太阳能电池单元，所述碳基钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠层设置在所述基板表面的底电极层、钙钛矿功能层和碳电极层。
10.一种光电设备，其特征在于，所述光电设备包括如权利要求9所述的碳基钙钛矿太阳能电池模组。
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