CN205723637U - 一种钙钛矿太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种钙钛矿太阳能电池组件，包括依次并列的导电玻璃层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层以及金属电极层，特点是：金属电极层后方粘接有金属反光层，金属反光层通过沙林膜或紫外固化与金属电极层连接，金属反光层的厚度为100～300纳米；优点是：底层增加了金属反光层，能够将部分透射过钙钛矿太阳能电池的太阳光再次反射进入太阳能电池器件，促进电池对太阳光的再次吸收利用，提高光电转换效率。

Description

一种钙钛矿太阳能电池组件
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池组件。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由于其成本低、性能好、制备简单而受到科研以及产业界的高度重视。钙钛矿材料从2009年用于太阳能电池以来，已取得较大发展，至今最高转换效率已超过20％。
目前钙钛矿太阳能电池有多种结构，各种结构的核心是具有钙钛矿晶型(ABX3)的有机金属卤化物吸光材料。在这种钙钛矿晶型ABX3的结构中，A为甲胺基(CH3NH3)，B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺(CH3NH3PbI3)，这种材料制备简单，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜。钙钛矿型结构不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。
在钙钛矿太阳能电池的多种结构中，膜层相对较厚的含多孔二氧化钛的介观电池的常见结构是由依次并列的导电玻璃层、致密二氧化钛膜、多孔二氧化钛膜、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层和金属电极层构成。由于过厚的膜层不利于载流子的传输，因此由上述结构得到的钙钛矿太阳能电池的厚度也仅约为600纳米，其中金属电极层只有约100纳米。
太阳光的利用率决定着钙钛矿太阳能电池的转换效率。虽然钙钛矿材料的消光系数较高，而且金属电极层具有一定的反光作用，能将一部分透射到银电极的太阳光反射回去，但是由于整体的钙钛矿太阳能电池器件厚度极薄，且各个组成膜层均有一定的透光性，底层的只有约为100纳米的金属电极层无法充分反射透射的太阳光。因此，造成钙钛矿太阳能电池对太阳光的利用率不够高，钙钛矿太阳能电池只能利用一部分的太阳光，从而在一定程度上制约了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种钙钛矿太阳能电池组件，能够将部分穿过钙钛矿太阳能电池的太阳光反射回电池，促进电池对太阳光的再次吸收利用，提高光电转换效率。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钙钛矿太阳能电池组件，包括依次并列的导电玻璃层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层以及金属电极层，其特征在 于，所述金属电极层后方粘接有金属反光层。由此，在太阳光照射的底层增加了金属反光层，能够将穿过钙钛矿太阳能电池上方膜层的太阳光反射回电池，从而增加对透射光的再次利用，促进钙钛矿太阳能电池对太阳光的再次吸收，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施方式中，所述金属反光层通过沙林膜或紫外固化与所述金属电极层粘接。由此，可以使金属反光层粘接在金属电极层后方。
在一些实施方式中，所述金属反光层的厚度为100～300纳米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述导电玻璃层和所述钙钛矿吸光层之间设置有电子传输层。
在一些实施方式中，所述电子传输层为致密二氧化钛膜，所述致密二氧化钛膜和所述钙钛矿吸光层之间设置有多孔二氧化钛膜，所述致密二氧化钛膜的厚度为20～200纳米，所述多孔二氧化钛膜的厚度为200纳米～1微米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述电子传输层为氧化锌膜，所述氧化锌膜的厚度为20～200纳米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述钙钛矿层为甲胺铅碘多晶膜，所述甲胺铅碘多晶膜的厚度为200纳米～1微米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述空穴传输材料层的材料为spiro-MeOTAD,所述空穴传输材料层的厚度为50～500纳米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
在一些实施方式中，所述金属电极层为银电极层，所述银电极层的厚度为50～200纳米。由此，钙钛矿太阳能电池具有较优的效果。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：在钙钛矿太阳能电池的底部增加了金属反光层，能够将穿过钙钛矿太阳能电池上部膜层的太阳光反射回电池，从而增加对透射光的再次利用，促进钙钛矿太阳能电池对太阳光的再次吸收，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。并且本实用新型的结构以及制备工艺简单合理，使用方便。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳能电池组件的结构示意图；
图2为未加金属反光层的一种钙钛矿太阳能电池组件的原理示意图；
图3为本实用新型增加金属反光层的一种钙钛矿太阳能电池组件的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的 限定。
如图1所示，一种钙钛矿太阳能电池组件，沿太阳光射入方向从上至下依次包括：导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层、金属电极层以及金属反光层，金属反光层设置在金属电极层下方，金属反光层通过沙林膜或紫外固化法与金属电极层粘接成整体。图2中，一种钙钛矿太阳能电池组件，沿太阳光射入方向从上至下依次包括：导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层以及金属电极层。图3中，一种钙钛矿太阳能电池组件，沿太阳光射入方向从上至下依次包括：导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层、金属电极层以及金属反光层。
本实施例中，导电玻璃层和钙钛矿吸光层之间设置有电子传输层，电子传输层为致密二氧化钛膜，致密二氧化钛膜和钙钛矿吸光层之间还设置有配合使用的多孔二氧化钛膜。在其他实施例中，电子传输层还可以是氧化锌膜。本实施例中，钙钛矿吸光层为甲胺铅碘多晶膜，空穴传输材料层的材料为spiro-MeOTAD(2,2’7,7’–tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9’-spirobifluorene)(CAS:207739-72-8)，金属电极层为银电极层。金属反光层的材料选用熔沸点低并且反光性强的金属，优选为金属银、金属铝，本实施例中金属反光层的材料为银。利用蒸镀的方法在高真空(3×10-4～2×10-3Pa)条件下将银加热，使其熔融、蒸发，冷却后在表面平整的玻璃或塑料面板上形成金属薄膜，待冷却后取出，将其作为金属反光层，在其他实施例中，还可以用化学镀等方法制作金属反光层。上述导电玻璃层、电子传输层、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层和银电极层的制备及连接方式均为本领域的常规技术，将这些膜层置于得到的金属反光层上方，然后用沙林膜或者紫外固化法进行整体封装。
作为优选，致密二氧化钛膜的厚度为20～200纳米，多孔二氧化钛膜的厚度为200纳米～1微米。
氧化锌膜的厚度为20～200纳米。
甲胺铅碘多晶膜的厚度为200纳米～1微米。
空穴传输材料层的厚度为50～500纳米。
银电极层的厚度为50～200纳米。
金属反光层的厚度为100～300纳米。
本实用新型的一种钙钛矿太阳能电池组件，使用时，太阳光自上而下经过导电玻璃层、电子传输层、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层、银电极层到达金属反光层，金属反光层能够将穿过钙钛矿太阳能电池上部膜层的太阳光反射回电池，从而增加对透射光的再次利 用，促进钙钛矿太阳能电池对太阳光的再次吸收，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。并且本实用新型结构简单合理，使用方便。
实施例1：制备用金属银蒸镀而成的金属反光层，用于一种含多孔二氧化钛膜的钙钛矿太阳能电池。
首先，使用溶胶凝胶法在导电玻璃上旋涂上一层致密二氧化钛膜，厚度为100纳米；300-500℃高温处理后在致密二氧化钛膜上再涂覆一层多孔二氧化钛膜，厚度为200纳米，500℃高温烧结后备用。
然后，将CH3NH3I和PbCl2以3:1的摩尔比例溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用匀胶机将上述混合后的溶液沉积在多孔二氧化钛膜上，通过控制温度在60℃～100℃，使得结晶成为甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)多晶膜。将空穴传输材料spiro-MeOTAD的氯苯溶液(浓度为72.3mg/ml)均匀地旋涂在甲胺铅碘多晶膜上。
使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层，得到钙钛矿太阳能电池的主体部分。
本实施例中，上述的致密二氧化钛膜厚度为100纳米，多孔二氧化钛膜厚度为200纳米，甲胺铅碘多晶膜厚度为300纳米，空穴传输材料层厚度为80纳米，银电极层厚度为100纳米。
使用蒸镀的方法，在高真空(3×10-4～2×10-3Pa)下对金属银加热，使其熔融、蒸发，冷却后在表面平整的玻璃上表面形成金属银薄膜，待冷却后取出，将其作为金属反光层。
最后，将上述钙钛矿太阳能电池的主体部分置于金属反光层之上，用紫外固化法进行整体封装，得到本实用新型的一种钙钛矿太阳能电池组件。
本实施例中，测得封装后的钙钛矿太阳能电池的主体部分厚度为600纳米，蒸镀银金属反光层厚度为100纳米。
在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2(太阳光模拟器型号：Newport 91192A)条件下，测得增加金属反光层的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.07cm2)的光电转换效率为8.94％(短路电流密度19.90mA/cm2，开路电压0.917V，填充因子0.483)，比未加金属反光层的钙钛矿太阳能电池效率(8.40％，短路电流密度20.01mA/cm2,开路电压0.903V，填充因子0.456)提高了约7％。提高的原因主要是金属反光层将透射过电池器件的太阳光反射回电池器件中，对透射光进行再次利用，从而提高了电池填充因子、开路电压与光电转换效率。
实施例2：制备用金属银蒸镀而成的金属反光层，用于一种不含电子传输层的钙钛矿太阳能电池。
首先，将CH3NH3I和PbCl2以3:1的摩尔比例溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用匀胶机将上述混合后的溶液沉积在导电玻璃层上，通过控制温度在60℃～100℃，使得结晶成为甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)多晶膜。将空穴传输材料spiro-MeOTAD的氯苯溶液(浓度为72.3mg/ml)均匀地旋涂在甲胺铅碘多晶膜上。
使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层，得到钙钛矿太阳能电池的主体部分。
本实施例中，上述的甲胺铅碘多晶膜厚度为300纳米，空穴传输材料层厚度为80纳米，银电极层厚度为100纳米。
使用蒸镀的方法在高真空下对金属银加热，使其熔融、蒸发，冷却后在表面平整的玻璃上表面形成金属银薄膜，待冷却后取出，将其作为金属反光层。
最后，将上述钙钛矿太阳能电池的主体部分置于金属反光层之上，用紫外固化法进行整体封装，得到本实用新型的一种钙钛矿太阳能电池组件。
本实施例中，测得封装后的钙钛矿太阳能电池的主体部分厚度为400纳米，蒸镀银金属反光层厚度为100纳米。
在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2(太阳光模拟器型号：Newport 91192A)条件下，测得增加金属反光层的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.07cm2)的光电转换效率为7.34％(短路电流密度20.51mA/cm2，开路电压0.860V，填充因子0.409)，比未加金属反光层的钙钛矿太阳能电池效率(5.60％，短路电流密度20.10mA/cm2,开路电压0.733V，填充因子0.373)提高了约30％。提高的原因主要是金属反光层将透射过电池器件的太阳光反射回电池器件中，对透射光进行再次利用，从而提高了电池填充因子、开路电压与光电转换效率。
实施例3：制备用金属银蒸镀而成的金属反光层，用于一种不含电子传输层的钙钛矿太阳能电池。
首先，使用溶胶凝胶法在导电玻璃上旋涂上一层氧化锌膜，厚度为100纳米，200℃高温烧结后备用。
将CH3NH3I和PbCl2以3:1的摩尔比例溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用匀胶机将上述混合后的溶液沉积在氧化锌膜上，通过控制温度在60℃～100℃，使得结晶成为甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)多晶膜。将空穴传输材料spiro-MeOTAD的氯苯溶液(浓度为 72.3mg/ml)均匀地旋涂在甲胺铅碘多晶膜上。
使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层，得到钙钛矿太阳能电池的主体部分。
本实施例中，上述的氧化锌膜厚度为100纳米，甲胺铅碘多晶膜厚度为300纳米，空穴传输材料层厚度为80纳米，银电极层厚度为100纳米。
使用蒸镀的方法在高真空下对金属银加热，使其熔融、蒸发，冷却后在表面平整的玻璃上表面形成金属银薄膜，待冷却后取出，将其作为金属反光层。
最后，将上述钙钛矿太阳能电池的主体部分置于金属反光层之上，用紫外固化法进行整体封装，得到本实用新型的一种钙钛矿太阳能电池组件。
本实施例中，测得封装后的钙钛矿太阳能电池的主体部分厚度为600纳米，蒸镀银金属反光层厚度为100纳米。
在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2(太阳光模拟器型号：Newport 91192A)条件下，测得增加金属反光层的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.07cm2)的光电转换效率为3.93％(短路电流密度10.20mA/cm2，开路电压0.776V，填充因子0.490)，比未加金属反光层的钙钛矿太阳能电池效率(2.36％，短路电流密度7.30mA/cm2,开路电压0.762V，填充因子0.414)提高了约60％。提高的原因主要是金属反光层将透射过电池器件的太阳光反射回电池器件中，对透射光进行再次利用，从而提高了电池填充因子、开路电压与光电转换效率。
值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本领域普通技术人员对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种钙钛矿太阳能电池组件，包括依次并列的导电玻璃层、钙钛矿吸光层、空穴传输材料层以及金属电极层，其特征在于，所述金属电极层后方粘接有金属反光层。
2.如权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述金属反光层通过沙林膜或紫外固化与所述金属电极层粘接。
3.如权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述金属反光层的厚度为100～300纳米。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述导电玻璃层和所述钙钛矿吸光层之间设置有电子传输层。
5.如权利要求4所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述电子传输层为致密二氧化钛膜，所述致密二氧化钛膜和所述钙钛矿吸光层之间设置有多孔二氧化钛膜，所述致密二氧化钛膜的厚度为20～200纳米，所述多孔二氧化钛膜的厚度为200纳米～1微米。
6.如权利要求4所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述电子传输层为氧化锌膜，所述氧化锌膜的厚度为20～200纳米。
7.如权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述钙钛矿层为甲胺铅碘多晶膜，所述甲胺铅碘多晶膜的厚度为200纳米～1微米。
8.如权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述空穴传输材料层的材料为spiro-MeOTAD, 所述空穴传输材料层的厚度为50～500纳米。
9.如权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述金属电极层为银电极层，所述银电极层的厚度为50～200纳米。
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