CN220274182U - 一种钙钛矿光伏组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种钙钛矿光伏组件，包括位于基底玻璃上表面的至少一个电池组件，电池组件包括沿第一方向依次间隔排列的M个子电池，每个子电池沿第二方向依次划分为第一区、第二区、第三区和第四区，第二方向与第一方向垂直。第i个子电池的透明电极层的第一区与第i‑1个子电池的除透明电极层以外的第一区连接，第i个子电池的透明电极层的第二区、第三区和第四区与第i‑1个子电池的除透明电极层以外的第二区、第三区和第四区连接。通过特定的激光划线方式，避免了由于阴影遮挡造成子电池反向电压偏置，对组件稳定性的破坏。同时可实现子电池之间通过一道激光划线实现分割，减少了死区面积，有利于组件功率的提升，提高了钙钛矿光伏组件的稳定性。

Description

一种钙钛矿光伏组件

技术领域

本实用新型属于钙钛矿光伏组件制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿光伏组件。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)为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。钙钛矿电池不仅可以做得更加轻薄，还具有低成本和易制备的优点，以及弱光效率高的优势，得到了广泛的关注。

在大面积制备钙钛矿光伏组件的工艺中，通常采用常规薄膜太阳能电池的P1、P2、P3激光划线的方式实现组件子电池间的串并互联结构，由于整块组件子电池间没有并联旁路二极管的结构，因此，采用将组件子电池做成长条状的方式，尽量避免阴影遮挡对组件输出功率的影响。然而，目前钙钛矿电池组件由于自身稳定性的原因，阴影遮挡而造成的部分子电池电压反向偏置会导致子电池的性能衰退、钙钛矿层分解等的不利影响。

此外，常规薄膜太阳能电池的P1、P2、P3激光划线的方式会在组件电池面形成死区，浪费组件吸光面积，不利于组件功率的进一步提升。

因此，如何避免由于阴影遮挡对钙钛矿光伏组件的稳定性造成的不利影响，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钙钛矿光伏组件，可有效避免由于阴影遮挡对钙钛矿光伏组件的稳定性造成的不利影响。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种钙钛矿光伏组件，包括：位于基底玻璃上表面的至少一个电池组件，所述电池组件包括沿第一方向依次间隔排列的M个子电池，每个子电池沿第二方向依次划分为第一区、第二区、第三区和第四区，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述基底玻璃的表面，且所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第一区包括由下至上依次设置的透明电极层、N型载流子传输层、钙钛矿层、P型载流子传输层以及顶电极层，所述第二区包括由下至上依次设置的透明电极层、P型载流子传输层、N型载流子传输层以及顶电极层，所述第三区包括由下至上依次设置的透明电极层、P型载流子传输层、钙钛矿层、N型载流子传输层以及顶电极层，所述第四区包括由下至上依次设置的透明电极层、N型载流子传输层、P型载流子传输层以及顶电极层；

其中，第i个所述子电池的透明电极层的第一区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第一区连接，第i个所述子电池的透明电极层的第二区、第三区和第四区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第二区、第三区和第四区连接，2≤i≤M-1。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第一区与第i个所述子电池的透明电极层的第一区的投影重叠，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第二区与第i个所述子电池的透明电极层的第二区的投影部分重叠，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第三区和第四区与第i个所述子电池的透明电极层的第三区和第四区的投影重叠。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，各所述子电池之间通过激光分割划线分隔开。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，各所述子电池的透明电极层之间通过一组第一激光分割划线分隔开，各所述子电池的除透明电极层以外的部分之间通过一组第二激光分割划线分隔开。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线一一对应，形成一组子电池，所述第一激光分割划线为型弯折线，所述第二激光分割划线为“倒/>”型弯折线，所述第二区位于所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线的弯折处并形成上子电池和下子电池的互联区。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线的宽度均为50μm±5μm。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，所述子电池的宽度为0.5cm±0.1cm，所述子电池的长度为30cm±5cm。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，所述P型载流子传输层和所述N型载流子传输层在第一区和第三区的厚度均相同。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，所述P型载流子传输层和/或所述N型载流子传输层采用有机小分子材料层、有机导电高分子材料层或无机半导体材料层。

可选的，在上述钙钛矿光伏组件中，还包括设置于所述电池组件下方的基底玻璃以及与所述第四区并联的旁路二极管。

本实用新型提供了一种钙钛矿光伏组件，其有益效果在于：

在透明电极层上进行激光分割划线，完成透明电极层上子电池区域的分割，在透明电极层上方的各层进行激光分割划线，完成顶电极层上子电池区域的分割。从而实现第i个所述子电池的透明电极层的第一区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第一区连接，第i个所述子电池的透明电极层的第二区、第三区和第四区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第二区、第三区和第四区连接。通过特定的激光划线方式，避免了由于阴影遮挡造成子电池反向电压偏置，对组件稳定性的破坏。同时独特设计的组件结构，可以实现子电池之间通过一道激光划线实现分割，减少了死区面积，有利于组件功率的提升，同时也避免了顶电极层与钙钛矿活性层的直接接触而引起的腐蚀反应，提高了钙钛矿光伏组件的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的透明电极层上激光划线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的透明电极层上方沉积的N型载流子传输层沉积区域和P型载流子传输层沉积区域的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的传输层上方的钙钛矿层制备后保留区域和裸露区域的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的钙钛矿层上沉积的P型载流子传输层沉积区域和N型载流子传输层沉积区域的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的顶电极层上激光划线的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的钙钛矿组件的结构示意图。

上图中：

11-激光分割划线；12-互联区；

21-N型载流子传输层沉积区域；22-P型载流子传输层沉积区域；

31-钙钛矿层区域；32-清边区域；

41-N型载流子传输层沉积区域；42-P型载流子传输层沉积区域；

61-透明电极层；62-N型载流子传输层；63-钙钛矿层；64-P型载流子传输层；65-顶电极层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的核心是提供一种钙钛矿光伏组件，可有效避免由于阴影遮挡对钙钛矿光伏组件的稳定性造成的不利影响。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-图6，本实用新型提供的一种钙钛矿光伏组件，包括：位于基底玻璃上表面的至少一个电池组件。

电池组件包括沿第一方向依次间隔排列的M个子电池，每个子电池沿第二方向依次划分为第一区、第二区、第三区和第四区，第一方向和第二方向均平行于基底玻璃的表面，且第二方向与第一方向垂直。

第一区包括由下至上依次设置的透明电极层61、N型载流子传输层62、钙钛矿层63、P型载流子传输层64以及顶电极层65，第二区包括由下至上依次设置的透明电极层61、P型载流子传输层64、N型载流子传输层62以及顶电极层65，第三区包括由下至上依次设置的透明电极层61、P型载流子传输层64、钙钛矿层63、N型载流子传输层62以及顶电极层65，第四区包括由下至上依次设置的透明电极层61、N型载流子传输层62、P型载流子传输层64以及顶电极层65。

其中，第i个子电池的透明电极层61的第一区与第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第一区连接，第i个子电池的透明电极层61的第二区、第三区和第四区与第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第二区、第三区和第四区连接，2≤i≤M-1。需要说明的是，i可以是2到M-1之间的任一整数。

需要说明的是，透明电极层61在进行其他层制备前进行激光划线，用于子电池直接的分割，以及刻划出用于正式结构钙钛矿电池与反式结构钙钛矿电池互联的区域。钙钛矿光伏组件由正式结构钙钛矿电池与反式结构钙钛矿电池组成，上述两部分电池通过子电池间的互联成为统一的整体。在透明电极层61上一部分(第一区)沉积P型载流子传输层64，另一部分(第三区)沉积N型载流子传输层62，统一在两者之上制备钙钛矿活性层，然后在第一区的P型载流子传输层64上方沉积N型载流子传输层62，在第三区的N型载流子传输层62上沉积P型载流子传输层64，最后沉积顶电极层65，最终形成正式结构钙钛矿电池和反式结构钙钛矿电池两部分。

透明电极层61上的各子电池相互断开，顶电极层65上的各子电池相互断开，如图1、图4和图5所示，上下子电池在透明电极层61交错排列，透明电极层61在互联区12依次连接与断开，其与后续的顶电极层65在互联区12相配合，以此实现相邻子电池的透明电极层61和顶电极层65连接，即相邻子电池的串联连接。

本实用新型提供的钙钛矿光伏组件，在透明电极层61上进行激光分割划线11，完成透明电极层61上子电池区域的分割，在透明电极层61上方的各层进行激光分割划线11，完成顶电极层65上子电池区域的分割。从而实现第i个子电池的透明电极层61的第一区与第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第一区连接，第i个子电池的透明电极层61的第二区、第三区和第四区与第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第二区、第三区和第四区连接。通过特定的激光划线方式，避免了由于阴影遮挡造成子电池反向电压偏置，对组件稳定性的破坏。同时独特设计的组件结构，可以实现子电池之间通过一道激光划线实现分割，减少了死区面积，有利于组件功率的提升，同时也避免了顶电极层65与钙钛矿活性层的直接接触而引起的腐蚀反应，提高了钙钛矿光伏组件的稳定性。

在具体实施例中，第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第一区与第i个子电池的透明电极层61的第一区的投影重叠，第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第二区与第i个子电池的透明电极层61的第二区的投影部分重叠，第i-1个子电池的除透明电极层61以外的第三区和第四区与第i个子电池的透明电极层61的第三区和第四区的投影重叠。

各子电池之间通过激光分割划线11分隔开。激光分割划线11沿第二方向延伸。具体可通过纳秒激光器进行激光刻线得到激光分割划线11。

各子电池的透明电极层61之间通过一组第一激光分割划线分隔开，各子电池的除透明电极层61以外的部分之间通过一组第二激光分割划线分隔开。

第一激光分割划线和第二激光分割划线一一对应，形成一组子电池，第一激光分割划线为型弯折线，第二激光分割划线为“倒/>”型弯折线，第二区位于第一激光分割划线和第二激光分割划线的弯折处并形成上子电池和下子电池的互联区12。

其中，透明电极层61上间隔设置一组第一激光分割划线，形成若干下子电池。透明电极层61之上的部分(除透明电极层61以外的其他层)间隔设置有一组第二激光分割划线，形成若干上子电池。即投影位置上上子电池和下子电池在第一区重叠，投影位置上上子电池和下子电池在第二区部分重叠、第三区和第四区完全重叠，形成上下子电池组依次串联的结构。

具体制备过程包括：

在透明电极层61上进行激光划刻，形成第一激光分割划线，并保留激光划线定位点。如图2所示，在透明电极层61上的P型载流子传输层沉积区域22和N型载流子传输层沉积区域21进行P型载流子传输层64和N型载流子传输层62的制备。在上述基础上，进行钙钛矿层63的制备，如图3所示，在传输层上方铺设一层钙钛矿层63，保留钙钛矿层区域31的钙钛矿层63，将清边区域32进行清边处理，即将该清边区域32内的钙钛矿层63清除干净，裸露出下方的载流子传输层，清边区域32的宽度均为5cm。在钙钛矿层63上的P型载流子传输层沉积区域42和N型载流子传输层沉积区域41进行P型载流子传输层64和N型载流子传输层62制备。最后进行顶电极层65的制备。再通过透明电极层61的刻线保留的定位点进行激光定位，在顶电极层65上重复刻线，形成第二激光分割划线。

值得注意的是，要在两种结构钙钛矿电池互联区域进行与透明电极层61相反的横向划线，以实现两种结构子电池间的相互串连。第二激光分割划线在子电池的第一区需将划线深度与第一激光分割划线的划线深度重合，即划刻至基底玻璃上。而第二激光分割划线在子电池的第二区、第三区和第四区的横向划刻需降低激光器功率，刻线划刻至透明电极层61上。最终制备的钙钛矿光伏组件如图6所示。

在具体实施例中，第一激光分割划线和第二激光分割划线的宽度均为50μm±5μm。子电池的宽度为0.5cm±0.1cm，子电池的长度为30cm±5cm。互联区12的宽度为5cm±1cm。

如图1所示，子电池间的分割划线，分割划线的宽度为50μm，形成的子电池的宽度为0.5cm，子电池的长度为30cm，同时上下子电池间刻划出上下子电池互联区12，互联区12的宽度为5cm。

在具体实施例中，需要保证P型载流子传输层64和N型载流子传输层62这两种载流子传输层制备厚度相同。

需要注意的是，在P型载流子传输层64或N型载流子传输层62区域一侧多沉积一部分传输层，为后续制备该侧电池的旁路二极管做准备。

正式结构钙钛矿电池和反式结构钙钛矿电池两部分相连区域没有钙钛矿层63，而是由透明电极层61、正式结构钙钛矿电池或反式结构钙钛矿电池的P型载流子传输层64和N型载流子传输层62以及顶电极层65，通过激光划线方式，实现正式结构钙钛矿电池或反式结构钙钛矿电池的互联以及反式结构电池子电池或正式结构电池子电池并联旁路二极管的制备。

本实用新型提供的钙钛矿光伏组件，通过将钙钛矿组件一半制备成正式结构，一半制备成反式结构，两部分通过透明电极层61及顶电极层65通过激光划线互联在一起，第四区的P型、N型载流子传输层62可以形成一半子电池并联的旁路二极管，另一半子电池通过另一侧沉积P型、N型载流子传输层62材料形成各自的并联旁路二极管。

本实用新型的钙钛矿光伏组件可以在不增加额外制备材料和工艺的前提下实现各子电池均并联旁路二极管，避免了钙钛矿组件由于遮挡等原因造成子电池反向电压偏置对组件稳定性的不利影响；同时由于子电池间只有一道激光划线，减少了死区面积，有利于提升组件效率，避免了顶电极与钙钛矿层63的直接接触，提升了组件的稳定性。

此外，P型载流子传输层64和/或N型载流子传输层62可采用有机小分子材料层、有机导电高分子材料层或无机半导体材料层，当然，还可以为其中两者的组合。

本案还包括设置于电池组件下方的基底玻璃以及与第四区并联的旁路二极管。未在正式结构钙钛矿电池和反式结构钙钛矿电池两部分相连区域制得并联旁路二极管的子电池部分，通过在该部分另一侧层级与该区域电池P、N型载流子顺序相反的P、N型传输材料，完成并联旁路二极管的制备。

与现有技术相比，本实用新型的钙钛矿光伏组件具有如下特点：

1、为钙钛矿组件中的每一条子电池制备了一个并联旁路二极管，大大降低了由于组件阴影遮挡而引起部分子电池处于反向偏压状态而引起的性能衰退，同时旁路二极管的作用减少了由于阴影遮挡而引起的组件输出功率损失。

2、本实用新型制备的组件子电池旁路二极管，未引入其他制备材料和制备环节，工艺简单，易于大面积生产，不产生额外制造成本。

3、本实用新型避免了常规薄膜光伏组件制备中金属电极与吸光活性层的接触，避免了钙钛矿层63与金属电极接触发生腐蚀反应引起的组件性能退化，提高了钙钛矿光伏组件的性能。

在本申请的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种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这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钙钛矿光伏组件，其特征在于，包括：位于基底玻璃上表面的至少一个电池组件，所述电池组件包括沿第一方向依次间隔排列的M个子电池，每个子电池沿第二方向依次划分为第一区、第二区、第三区和第四区，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述基底玻璃的表面，且所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第一区包括由下至上依次设置的透明电极层、N型载流子传输层、钙钛矿层、P型载流子传输层以及顶电极层，所述第二区包括由下至上依次设置的透明电极层、P型载流子传输层、N型载流子传输层以及顶电极层，所述第三区包括由下至上依次设置的透明电极层、P型载流子传输层、钙钛矿层、N型载流子传输层以及顶电极层，所述第四区包括由下至上依次设置的透明电极层、N型载流子传输层、P型载流子传输层以及顶电极层；

其中，第i个所述子电池的透明电极层的第一区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第一区连接，第i个所述子电池的透明电极层的第二区、第三区和第四区与第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第二区、第三区和第四区连接，2≤i≤M-1。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第一区与第i个所述子电池的透明电极层的第一区的投影重叠，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第二区与第i个所述子电池的透明电极层的第二区的投影部分重叠，第i-1个所述子电池的除所述透明电极层以外的第三区和第四区与第i个所述子电池的透明电极层的第三区和第四区的投影重叠。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，各所述子电池之间通过激光分割划线分隔开。

4.根据权利要求3所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，各所述子电池的透明电极层之间通过一组第一激光分割划线分隔开，各所述子电池的除透明电极层以外的部分之间通过一组第二激光分割划线分隔开。

5.根据权利要求4所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线一一对应，形成一组子电池，所述第一激光分割划线为型弯折线，所述第二激光分割划线为“倒/>型弯折线，所述第二区位于所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线的弯折处并形成上子电池和下子电池的互联区。

6.根据权利要求4所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述第一激光分割划线和所述第二激光分割划线的宽度均为50μm±5μm。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述子电池的宽度为0.5cm±0.1cm，所述子电池的长度为30cm±5cm。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述P型载流子传输层和所述N型载流子传输层在第一区和第三区的厚度均相同。

9.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述P型载流子传输层和/或所述N型载流子传输层采用有机小分子材料层、有机导电高分子材料层或无机半导体材料层。

10.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，还包括设置于所述电池组件下方的基底玻璃以及与所述第四区并联的旁路二极管。