CN210607333U - 一种方形管式钙钛矿太阳能电池及太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

为克服现有管状钙钛矿电池结构存在光电转换效率不高的问题，本实用新型提供了一种方形管式钙钛矿太阳能电池，包括透明方形管、透明导电层、功能层和内部电极，所述透明方形管包括环绕设置的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述透明方形管的第一侧壁内壁和第三侧壁内壁均覆盖有所述透明导电层，所述透明导电层的内侧覆盖有所述功能层，所述第二侧壁的内壁和/或所述第四侧壁的内壁覆盖有所述内部电极，所述内部电极的两侧分别电连接两个所述功能层的最内层。本实用新型还提供了包括上述方形管式钙钛矿太阳能电池的太阳能电池组件。本实用新型提供的方形管式钙钛矿太阳能电池提高了受光面积，提升了光电转换效率。

Description

一种方形管式钙钛矿太阳能电池及太阳能电池组件
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种方形管式钙钛矿太阳能电池及太阳能电池组件。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由透明电极，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层和金属电极组成，其中透明电极主要是以导电玻璃或者柔性材料作为基底，依次向上是致密层，多孔支架层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及内部电极，目前钙钛矿太阳能电池从外视上可分为平面结构和管状结构，从内部结构上可以分为顺式(p-i-n型)和反式(n-i-p型)，其中顺式和反式的平面结构钙钛矿电池在市面上均已有报道，两者性能各有优势，常规平面钙钛矿电池的内部电极位于平面背面，其不透光的特性使得平面钙钛矿电池的背面基本无法受光。
而管状的钙钛矿结构却较少，尤其是反式的管状钙钛矿结构，这是因为在顺式结构中致密层和介孔层需要高温退火，而后续的空穴传输层大多为有机物，不耐高温，因此常规的方法是在导电材料上先制备致密层和介孔层，高温退火后再制备吸光层，空穴传输层，最后在表面蒸镀或者溅射金属电极导电，但是由于表层金属电极不透光，由该法制备的管式钙钛矿无法从外部光照，光线只能由管内传输，受光面积十分有限，极大的限制了管式钙钛矿电池在组件端发电的应用。
实用新型内容
针对现有管状钙钛矿电池结构存在光电转换效率不高的问题，本实用新型提供了一种方形管式钙钛矿太阳能电池及太阳能电池组件。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本实用新型提供了一种方形管式钙钛矿太阳能电池，包括透明方形管、透明导电层、功能层和内部电极，所述透明方形管包括环绕设置的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁和所述第三侧壁相对，所述第二侧壁和所述第四侧壁相对，所述透明方形管的第一侧壁内壁和第三侧壁内壁均覆盖有所述透明导电层，所述功能层包括电子传输层和钙钛矿吸收层，所述透明导电层的内侧覆盖有所述功能层，所述第二侧壁的内壁和/或所述第四侧壁的内壁覆盖有所述内部电极，所述内部电极的两侧分别电连接两个所述功能层的最内层。
可选的，所述透明方形管的第二侧壁的内壁和第四侧壁的内壁均覆盖有所述内部电极。
可选的，所述透明导电层为掺氟氧化锡层或掺铟氧化锡层。
可选的，所述功能层还包括有空穴传输层，所述空穴传输层、所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层由外至内依次排布。
可选的，所述功能层还包括有空穴传输层，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层由外至内依次排布。
可选的，所述空穴传输层厚度为50～300nm，所述空穴传输层为无机材料层或有机材料层，所述无机材料层选自金属氧化物层，所述有机材料层选自 PEDOT:PSS层、Spiro-OMeTAD层、酞菁铜层或PTAA层。
可选的，所述电子传输层包括介孔层和致密层，所述介孔层的厚度为10～100 nm，所述致密层的厚度为20～50nm，所述介孔层覆盖于所述致密层的内侧，所述致密层覆盖于所述透明导电层的内侧。
可选的，所述钙钛矿吸收层的厚度为200～400nm。
可选的，所述透明方形管和所述透明导电层在所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端部位置部分延伸出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端面。
另一方面，本实用新型提供了一种太阳能电池组件，包括汇流条和多个如上所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，多个所述方形管式钙钛矿太阳能电池之间通过所述透明导电层和所述内部电极相互串联和/或并联，所述汇流条用于引出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的电流。
根据本实用新型提供的方形管式钙钛矿太阳能电池，设置有由电子传输层和钙钛矿吸收层组成的功能层，所述功能层用于吸收光能产生电子和空穴，通过电子和空穴的定向移动产生电流，所述透明导电层作为管式钙钛矿太阳能电池的外侧芯线，所述功能层覆盖于所述透明方形管两个相对的内壁，所述内部电极作为管式钙钛矿太阳能电池的内部芯线，形成一个完整的方形管式电池结构，由于所述内部电极设置于方形管式钙钛矿太阳能电池的第二侧壁和/或第四侧壁的内壁，透过所述方形管式钙钛矿太阳能电池上部分钙钛矿吸收层未被吸收的光可继续照射到下部分钙钛矿吸收层，同时所述透明方形管的反射作用也可使光线在所述方形管式钙钛矿太阳能电池中形成多次反射，地面反射的光线同样可以经由所述方形管式钙钛矿太阳能电池的下部分射入并多次反射利用，极大地提升了电池对光的利用率。
附图说明
图1是本实用新型一实施例提供的方形管式钙钛矿太阳能电池的截面示意图；
图2是本实用新型一实施例提供的方形管式钙钛矿太阳能电池的侧面示图；
图3是本实用新型一实施例提供的方形管式钙钛矿太阳能电池的光线传播示意图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、透明方形管；11、第一侧壁；12、第二侧壁；13、第三侧壁；14、第四侧壁；2、功能层；21、空穴传输层；22、钙钛矿吸收层；23、电子传输层； 231、致密层；232、介孔层；3、透明导电层；4、内部电极。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1～图3所示，本实用新型实施例提供了一种方形管式钙钛矿太阳能电池，包括透明方形管1、透明导电层3、功能层2和内部电极4，所述透明方形管1包括环绕设置的第一侧壁11、第二侧壁12、第三侧壁13和第四侧壁14，所述第一侧壁11和所述第三侧壁13相对，所述第二侧壁12和所述第四侧壁14 相对，所述透明方形管1的第一侧壁11内壁和第三侧壁13内壁均覆盖有所述透明导电层3，所述功能层2包括电子传输层23和钙钛矿吸收层22，所述透明导电层3的内侧覆盖有所述功能层2，所述第二侧壁12的内壁和/或所述第四侧壁14的内壁覆盖有所述内部电极4，所述内部电极4的两侧分别电连接两个所述功能层2的最内层。
所述方形管式钙钛矿太阳能电池设置有由电子传输层23和钙钛矿吸收层22 组成的功能层2，所述功能层2用于吸收光能产生电子和空穴，通过电子和空穴的定向移动产生电流，所述透明导电层3作为管式钙钛矿太阳能电池的外侧芯线，所述功能层2覆盖于所述透明方形管1两个相对的内壁，所述内部电极4 作为管式钙钛矿太阳能电池的内部芯线，形成一个完整的方形管式电池结构，由于所述内部电极4设置于方形管式钙钛矿太阳能电池的第二侧壁12和/或第四侧壁14的内壁，透过所述方形管式钙钛矿太阳能电池上部分钙钛矿吸收层22 未被吸收的光可继续照射到下部分钙钛矿吸收层22，同时所述透明方形管1的反射作用也可使光线在所述方形管式钙钛矿太阳能电池中形成多次反射，地面反射的光线同样可以经由所述方形管式钙钛矿太阳能电池的下部分射入并多次反射利用，极大地提升了电池对光的利用率。
如图3所示，在一实施例中，所述透明方形管1的第二侧壁12的内壁和第四侧壁14的内壁均覆盖有所述内部电极4。
当采用多个所述方形管式钙钛矿太阳能电池并排组合形成太阳能电池组件时，相邻的2个所述方形管式钙钛矿太阳能电池的第二侧壁12和第四侧壁14 相对，可将所述内部电极4分别设置于方形管式钙钛矿太阳能电池的两侧位置，使所述方形管式钙钛矿太阳能电池的正面和反面露出以接收光线，表层无其他透明电极或者金属层的遮挡。
在一实施例中，所述透明方形管1为玻璃方管，所述透明导电层3为掺氟氧化锡层或掺铟氧化锡层。
玻璃方管、掺氟氧化锡层和掺铟氧化锡层具有较好的透光性能，避免对光线进行遮挡。
在一实施例中，所述功能层还包括有空穴传输层，所述空穴传输层、所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层由外至内依次排布，以形成顺式(p-i-n型)钙钛矿太阳能电池结构(未图示)。
在另一实施例中，所述功能层2还包括有空穴传输层21，所述电子传输层 23、所述钙钛矿吸收层22和所述空穴传输层21由外至内依次排布，以形成如图1所示的反式(n-i-p型)钙钛矿太阳能电池结构。
具体的，在本实施例中，所述电子传输层23的外表面与所述透明导电层3 的内表面接触，所述钙钛矿吸收层22的外表面与所述电子传输层23的内表面接触，所述空穴传输层21的外表面与所述钙钛矿吸收层22的内表面接触。
在功能层2中增加所述空穴传输层21可以优化界面，调节各层的能级匹配，促进电子和空穴的分离，加快空穴的运输，提高电池性能。
所述钙钛矿吸收层22吸收光能产生电子和空穴后，通过所述电子传输层23 诱导电子朝透明导电层3方向传输，通过所述空穴传输层21诱导空穴朝内部电极4方向传输。
在一实施例中，所述空穴传输层21厚度为50～300nm，所述空穴传输层21 为无机材料层或有机材料层，所述无机材料层选自金属氧化物层，所述有机材料层选自PEDOT:PSS层(聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、 Spiro-OMeTAD层(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)、酞菁铜层或PTAA层(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])。
具体的，所述无机材料选自于NiO、GuI、GuSCN中的一种或多种。
所述钙钛矿吸收层22可采用现有各类钙钛矿光吸收材料，在一些实施例中，所述钙钛矿吸收层22为有机金属三卤化物AMX3，A为有机阳离子，如CH3NH+ 3及HN＝CH(NH+)等，M为二价金属离子，如Pb2+或Sn2+等，X为卤素离子，如 Cl、Br或I等。
在一实施例中，所述电子传输层23包括介孔层232和致密层231，所述介孔层232覆盖于所述致密层231的内侧，所述致密层231覆盖于所述透明导电层3的内侧，所述钙钛矿吸收层22覆盖于所述介孔层232的内侧。
在另一实施例中，当所述方形管式钙钛矿太阳能电池采用顺式(p-i-n型) 钙钛矿太阳能电池结构时，所述介孔层和致密层的位置互换。
在其他实施例中，所述电子传输层也可单独保留所述介孔层或所述致密层。
在本实施例中，所述介孔层232的厚度为10～100nm，所述介孔层232为介孔TiO2层、介孔ZrO2层或介孔Al2O3层，所述致密层231的厚度为20～50nm，所述致密层231为TiO2层或ZnO层。
在一实施例中，所述钙钛矿吸收层22的厚度为200～400nm。
在一实施例中，所述透明方形管1和所述透明导电层3在所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端部位置部分延伸出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端面。
所述透明导电层3延伸出所述方形管式钙钛矿太阳能电池端面的部分用于相邻的所述方形管式钙钛矿太阳能电池之间的电连接或是与汇流条、导线等结构的电连接。
本实用新型的另一实施例提供了一种太阳能电池组件，包括汇流条和多个如上所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，多个所述方形管式钙钛矿太阳能电池之间通过所述透明导电层3和所述内部电极4相互串联和/或并联，所述汇流条用于引出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的电流。
所述太阳能电池组件的正面或反面均为受光面。
在一实施例中，多个所述管式钙钛矿太阳能电池在同一平面上平行并排布置，所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向与所在平面平行，所述内部电极4位于所述管式钙钛矿太阳能电池相互朝向的侧面上。
从太阳能电池组件的受光面积来看，由所述方形管式钙钛矿太阳能电池组成的太阳能电池组件，由于将内部电极4设置于所述方形管式钙钛矿太阳能电池相互朝向的侧面上，所述太阳能电池组件上下面均可用于进光且不受遮挡，提升了光的利用效率，从而提升电池的光电转化效率。
在一实施例中，头尾连接的2个所述方形管式钙钛矿太阳能电池之间，后一个所述方形管式钙钛矿太阳能电池头端的透明导电层3与前一个所述方形管式钙钛矿太阳能电池尾端的内部电极4电连接，形成串联的电池串，多个电池串尾端的内部电极4通过一汇流条相互电连接，多个电池串头端的透明导电层3 通过另一汇流条相互电连接，以引出所述太阳能电池组件的正负极，将多个所述方形管式钙钛矿太阳能电池串并联。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明方形管、透明导电层、功能层和内部电极，所述透明方形管包括环绕设置的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁和所述第三侧壁相对，所述第二侧壁和所述第四侧壁相对，所述透明方形管的第一侧壁内壁和第三侧壁内壁均覆盖有所述透明导电层，所述功能层包括电子传输层和钙钛矿吸收层，所述透明导电层的内侧覆盖有所述功能层，所述第二侧壁的内壁和/或所述第四侧壁的内壁覆盖有所述内部电极，所述内部电极的两侧分别电连接两个所述功能层的最内层。
2.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明方形管的第二侧壁的内壁和第四侧壁的内壁均覆盖有所述内部电极。
3.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层为掺氟氧化锡层或掺铟氧化锡层。
4.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述功能层还包括有空穴传输层，所述空穴传输层、所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层由外至内依次排布。
5.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述功能层还包括有空穴传输层，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层由外至内依次排布。
6.根据权利要求4或5所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层厚度为50～300nm，所述空穴传输层为无机材料层或有机材料层，所述无机材料层选自金属氧化物层，所述有机材料层选自PEDOT:PSS层、Spiro-OMeTAD层、酞菁铜层或PTAA层。
7.根据权利要求5所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层包括介孔层和致密层，所述介孔层的厚度为10～100nm，所述致密层的厚度为20～50nm，所述介孔层覆盖于所述致密层的内侧，所述致密层覆盖于所述透明导电层的内侧。
8.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的厚度为200～400nm。
9.根据权利要求1所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明方形管和所述透明导电层在所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端部位置部分延伸出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的端面。
10.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括汇流条和多个如权利要求1～9任意一项所述的方形管式钙钛矿太阳能电池，多个所述方形管式钙钛矿太阳能电池之间通过所述透明导电层和所述内部电极相互串联和/或并联，所述汇流条用于引出所述方形管式钙钛矿太阳能电池的电流。
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