WO2025145604A1 - 钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备 - Google Patents

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transport
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    • H10K39/12—Electrical configurations of PV cells, e.g. series connections or parallel connections

Definitions

  • the present application relates to the field of photovoltaic technology, and more specifically, to a perovskite cell, a stacked solar cell, a photovoltaic module, a photovoltaic power generation system and electrical equipment.
  • Perovskite cells have attracted widespread attention and have great application potential due to their many advantages, including good optical absorption coefficient, luminescence quantum efficiency, high defect state tolerance, long-range charge transport and low-cost manufacturing process.
  • the present application provides a perovskite cell, a stacked solar cell, a photovoltaic module, a photovoltaic power generation system and electrical equipment to improve the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite cell.
  • the present application provides a perovskite cell, which includes a perovskite light absorption layer and an electron transport layer, and the electron transport layer includes at least two transport sublayers; the material of the transport sublayer includes a metal oxide MxOy , where M represents a metal element; the ratio of the number of metal atoms to oxygen atoms in the transport sublayer is x/y, and the x/y value of the transport sublayer increases successively along the direction from the perovskite light absorption layer to the electron transport layer.
  • FIG1 is a schematic structural diagram of a first perovskite battery provided in some embodiments of the present application.
  • the term "and/or" is only a description of the association relationship of the associated objects, indicating that there may be three relationships.
  • a and/or B can represent: A exists alone, A and B exist at the same time, and B exists alone.
  • the character "/" in this article generally indicates that the associated objects before and after are in an "or" relationship.
  • multiple refers to more than two (including two).
  • multiple groups refers to more than two groups (including two groups), and “multiple pieces” refers to more than two pieces (including two pieces).
  • solar cells are now more widely used in the market.
  • solar cells are not only used in photovoltaic power generation systems such as solar power stations, but also gradually used in electric vehicles and other electrical equipment.
  • photovoltaic power generation systems such as solar power stations
  • electric vehicles and other electrical equipment With the continuous expansion of the application field of solar cells, the market demand is also constantly expanding.
  • Perovskite cells have become the most widely studied and applied solar cells in recent years due to their many advantages, such as good optical absorption coefficient, luminescence quantum efficiency, high defect state tolerance, long-range charge transport and low-cost manufacturing process.
  • Perovskite cells usually include functional layers such as a transparent substrate layer, a hole transport layer, a perovskite light-absorbing layer, an electron transport layer, and an electrode layer.
  • the perovskite light-absorbing layer is mainly composed of perovskite materials. When exposed to sunlight, the perovskite light-absorbing layer first absorbs photons to generate electron-hole pairs (excitons). Under the action of the pn junction electric field, the excitons are first separated into electrons and holes and transported to the cathode and anode respectively. The photogenerated holes flow to the p region, and the photogenerated electrons flow to the n region. When the circuit is connected, current is generated.
  • the present application designs a perovskite cell, which includes a perovskite light absorption layer and an electron transport layer, and the electron transport layer includes at least two transport sublayers; the material of the transport sublayer includes a metal oxide MxOy , where M represents a metal element; the ratio of the number of metal atoms to oxygen atoms in the transport sublayer is x/y, and the x/y value of the transport sublayer increases successively along the direction from the perovskite light absorption layer to the electron transport layer.
  • the perovskite cell 100 provided in the embodiment of the present application may be a perovskite cell 100 of a regular structure or a perovskite cell 100 of a trans structure, both of which may improve the device efficiency (i.e., photoelectric energy conversion efficiency) and commercial value of the corresponding perovskite cell 100.
  • the transparent substrate layer 110, the hole transport layer 120, the perovskite light absorbing layer 130, the electron transport layer 150 and the electrode layer 160 are arranged in sequence; please refer to Figure 2.
  • the transparent substrate layer 110, the electron transport layer 150, the perovskite light absorbing layer 130, the hole transport layer 120 and the electrode layer 160 are arranged in sequence.
  • the perovskite battery 100 provided in the embodiment of the present application has the following features: The style and material can be selected or designed as needed.
  • the transparent substrate layer 110 is an electrode with high conductivity and high visible light transmittance, and is an output end of the perovskite cell 100.
  • the types of the transparent substrate layer 110 are, for example but not limited to, FTO (fluorine-doped SnO2 transparent conductive glass), ITO (indium tin oxide transparent conductive glass), AZO (aluminum-doped zinc oxide transparent conductive glass), BZO (benzodiazepine transparent conductive glass), IZO (indium zinc oxide transparent conductive glass), etc.
  • the hole transport layer 120 mainly collects and transports holes to achieve effective separation of electrons and holes, and protects the perovskite light absorption layer 130 from the erosion of oxygen and water vapor, which has an important impact on the efficiency and stability of the perovskite battery 100.
  • the hole transport material in the hole transport layer 120 is, for example, at least one of the following materials, their derivatives, and materials obtained by doping or passivation: poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl) amine] (PTAA), poly 3-hexylthiophene, triphenylamine with triptycene as the core (H101), 3,4-ethylenedioxythiophene-methoxytriphenylamine (EDOT-OMeTPA), N- (4-aniline) carbazole-spirobifluorene (CzPAF-SBF), poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS), polythiophene, nickel oxide (NiO x ), molybdenum oxide (MoO 3 ), cuprous iodide (CuI), cuprous oxide (CuO), 2,2',7,7'tetra(N,N-p-meth
  • the perovskite light absorbing layer 130 is the core component of the perovskite cell 100, which is used to absorb the photon energy of sunlight and generate electrons.
  • the holes are collected by the transparent electrode through the hole transport layer 120, and the electrons are collected by the electrode layer 160.
  • the transparent electrode and the electrode layer 160 are connected into a circuit to generate photocurrent.
  • A is an inorganic, organic or organic-inorganic mixed cation
  • B is an inorganic, organic or organic-inorganic mixed cation
  • X is an inorganic, organic or organic-inorganic mixed anion.
  • A is selected from at least one of CH 3 NH 3 + (abbreviated as MA + ), CH(NH 2 ) 2+ (abbreviated as FA + ), Li + , Na + , K + , Rb + and Cs + ; optionally, M is selected from at least one of CH 3 NH 3 + , CH(NH 2 ) 2+ and Cs + .
  • B is selected from at least one of Pb 2+ , Sn 2+ , Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Ge 2+ , Fe 2+ , Co 2+ and Ni 2+ ; optionally, B is selected from one or both of Pb 2+ and Sn 2+ .
  • X is selected from at least one of Cl - , Br - and I - ; optionally, X is selected from at least one of Cl - , Br - and I - .
  • the perovskite material includes but is not limited to at least one of CH 3 NH 3 PbI 3 (abbreviated as MAPbI 3 ), CH(NH 2 ) 2 PbI 3 (abbreviated as FAPbI 3 ), Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 (abbreviated as CsFAMA), CsPbI 3 , CsPbI 2 Br, and CsPbIBr 2 .
  • CH 3 NH 3 PbI 3 abbreviated as MAPbI 3
  • CH(NH 2 ) 2 PbI 3 abbreviated as FAPbI 3
  • Cs 0.05 (FA 0.83 MA 0.17 ) 0.95 Pb(I 0.83 Br 0.17 ) 3 abbreviated as CsFAMA
  • CsPbI 3 CsPbI 2 Br
  • CsPbIBr 2 CsPbIBr 2 .
  • the band gap of the perovskite light absorbing layer 130 is between 1.20eV and 2.30eV
  • the band gap measurement method includes, for example: obtaining an ultraviolet absorption curve through ultraviolet absorption spectrum testing, and then calculating the perovskite band gap through the Tauc equation.
  • the thickness of the perovskite light absorbing layer 130 is between 100nm and 1000nm, for example but not limited to any point value of 100nm, 200nm, 300nm, 400nm, 500nm, 600nm, 700nm, 800nm, 900nm and 1000nm or a range value between any two; wherein the thickness of the perovskite light absorbing layer 130 refers to the size of the perovskite light absorbing layer 130 in the thickness direction of the perovskite battery 100, and the thickness direction of the perovskite battery 100 also refers to the direction in which each functional layer is stacked in sequence.
  • the electrode layer 160 serves as another output terminal of the perovskite cell 100.
  • the electrode layer 160 is an organic, inorganic or organic-inorganic hybrid conductive material, wherein the conductive material is at least one of an organic conductive material and an inorganic conductive material; wherein the organic conductive material may be a conductive polymer, and the conductive polymer includes but is not limited to at least one of polyethylene dioxythiophene (PEDOT), polythiophene, and polyacetylene; the inorganic conductive material includes but is not limited to at least one of a transparent conductive oxide, a metal, and a carbon derivative, and the inorganic conductive material specifically includes, for example, Ag, Cu, C, Au, Al, ITO, AZO, BZO, IZO, and the like.
  • PEDOT polyethylene dioxythiophene
  • the inorganic conductive material includes but is not limited to at least one of a transparent conductive oxide, a metal, and a carbon derivative, and the inorgan
  • the thickness of the electrode layer 160 is, for example, 10 nm to 1000 nm.
  • the electron transport layer 150 is used to collect electrons or holes generated by the perovskite light absorption layer 130 absorbing photons under light conditions, and plays an important role in transmitting electrons and blocking electron-hole recombination.
  • the electron transport layer 150 plays an important role in the perovskite battery 100, and its performance directly affects the performance of the battery.
  • the electron transport layer 150 includes at least two transport sublayers 151; the material of the transport sublayer 151 includes metal oxide MxOy , where M represents a metal element; the atomic ratio of metal atoms to oxygen atoms in the transport sublayer is x/y, and the x/y value of the transport sublayer increases successively along the direction from the perovskite light absorption layer to the electron transport layer.
  • the "O” in “ MxOy” refers to the oxygen element, and the "x” and “y” in “ MxOy " represent the number of metal atoms and the number of oxygen atoms in the metal oxide, respectively.
  • the x/y value of the transport sublayer 151 increases successively along the direction from the perovskite light absorption layer 130 to the electron transport layer 150 means that the “ratio x/y of the number of metal atoms in the metal oxide to the number of oxygen atoms” in all transport sublayers 151 are different from each other, and along the direction from the perovskite light absorption layer 130 to the electron transport layer 150, the “x/y value” corresponding to the transport sublayer 151 increases successively.
  • the present application does not limit the number of transport sublayers 151 in the electron transport layer 150 , and the number may be 2, 3 or more.
  • the ratio of the number of metal atoms to oxygen atoms in each transport sublayer 151 in the electron transport layer 150 is x/y, which can be analyzed and determined by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS).
  • the present application regulates the ratio of the number of metal atoms of the metal oxide to the number of oxygen atoms in the transport sublayer 151 in the electron transport layer 150, and sets the ratio of the number of metal atoms of the metal oxide to the number of oxygen atoms in the transport sublayer 151 to increase successively along the direction from the perovskite light absorption layer 130 to the electron transport layer 150.
  • the energy level structure in the electron transport layer 150 can be regulated so that the energy level structure in the electron transport layer 150 decreases successively along the direction from the perovskite light absorption layer 130 to the electron transport layer 150, thereby improving the carrier transport capacity in the electron transport layer 150, thereby improving the current of the perovskite battery 100, so that the perovskite battery 100 has a higher photoelectric energy conversion efficiency.
  • the thickness ratio of at least two transport sublayers 151 is (2-5):1; this can make the carrier transport capacity in the electron transport layer 150 higher, so that the perovskite battery 100 has a higher photoelectric energy conversion efficiency.
  • the thickness ratio of at least two transmission sublayers 151 along the direction from the perovskite light absorption layer 130 to the electron transport layer 150 refers to the ratio of the thickness of "the transmission sublayer 151 (referred to as the first sublayer) close to the perovskite light absorption layer 130 among the at least two transmission sublayers 151” and the thickness of "the transmission sublayer 151 adjacent to the aforementioned first sublayer and located on the side away from the perovskite light absorption layer 130 among the at least two transmission sublayers 151".
  • the thicknesses of at least two transport sublayers 151 are 13nm to 30nm and 5nm to 15nm, respectively; this allows the electron transport layer 150 to have a higher carrier transport capacity, allowing the perovskite battery 100 to have a higher photoelectric energy conversion efficiency.
  • the thickness of the transport sublayer 151 with y:x being 0.5 ⁇ z in the electron transport layer 150 can be any value among 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70% and 75%, or a range value between any two of them.
  • the metal element in the metal oxide includes at least one of Sn, Ti, Zn, W, Nb, In, Zr, Ce, Cr, Ba, Sr, Fe and Li. It can effectively block the migration of insulators, which is beneficial to avoid the degradation or deterioration of the film layer caused by the migration of ions in the perovskite battery 100, and is beneficial to improve the service life of the perovskite battery 100.
  • the ratio y:x of "y” and "x" in the metal oxide SnxOy in each transmission sublayer 151 can be any point value among 2, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6 and 1.5, or a range value between any two of them; for example, the metal oxide SnxOy in each transmission sublayer 151 can be SnO2 , SnO1.9 , SnO1.8 , SnO1.7 or SnO1.6 , etc.
  • the thickness of the electron transport layer 150 can be, for example, 5 200 nm, or optionally 20 50 nm.
  • the energy level of the transport sublayer 151 decreases successively.
  • the above configuration can improve the transport capacity of carriers in the electron transport layer 150, thereby improving the perovskite battery 100.
  • the current makes the perovskite cell 100 have a higher photoelectric energy conversion efficiency.
  • the energy level difference between two adjacent transport sublayers 151 is ⁇ 0.2 eV, which is beneficial to improving the extraction efficiency of carriers, thereby improving the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite cell 100 .
  • the energy level difference between two adjacent transmission sublayers 151 may be any point value among 0.01eV, 0.02eV, 0.05eV, 0.07eV, 0.1eV, 0.12eV, 0.15eV, 0.17eV and 0.2eV or a range value between any two of them.
  • an intermediate layer 140 is disposed between the perovskite light absorbing layer 130 and the electron transport layer 150 ; the material of the intermediate layer 140 includes a conductive material containing carbon.
  • the perovskite light absorbing layer 130 is a polycrystalline thin film, its surface inevitably contains many defects, mainly including uncoordinated ions and dangling bonds at grain boundaries and crystal surfaces. The defects on the surface of the perovskite light absorbing layer 130 will cause the perovskite battery 100 to have a hysteresis effect.
  • the hysteresis effect refers to a certain lag relationship between the output current of the perovskite cell 100 and the input light intensity. Specifically, when the light intensity changes from low to high, the output current of the perovskite cell 100 does not immediately follow the change, but there is a certain delay. This phenomenon will cause a certain nonlinear relationship between the output current of the perovskite cell 100 and the input light intensity, thereby affecting the performance and efficiency of the solar cell.
  • the present application provides an intermediate layer 140 between the perovskite light absorbing layer 130 and the electron transport layer 150, which can passivate the defects on the surface of the perovskite light absorbing layer 130, improve the interface energy level matching between the perovskite light absorbing layer 130 and the electron transport layer 150 in the perovskite battery 100 (especially the trans-structured perovskite battery 100), help avoid the hysteresis effect of the perovskite battery 100, improve the carrier transmission capacity, and improve the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite battery 100.
  • the material of the intermediate layer 140 includes at least one of fullerene and its derivatives, imide compounds, quinone compounds, pyrrolidone compounds, isoindigo compounds, indigo compounds, benzobisthiadiazole compounds, hexaazine compounds, indenothiophene compounds, tetraphenylethylene compounds and conjugated polymers.
  • the conjugated polymer includes at least one of PFN-2TNDI, PBDT-PDI, NDP-V, P(NDI2DT-TTCN), PN-F and PF-PDI.
  • the material of the intermediate layer 140 includes the above-mentioned substances, which is beneficial to avoid the hysteresis effect of the perovskite battery 100 and improve the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite battery 100.
  • the energy level M1 of the intermediate layer 140 is less than the energy level M2 of the transport sublayer 151 adjacent to the intermediate layer 140, and M2 - M1 ⁇ 0.2eV .
  • the above configuration can improve the interface energy level matching between the perovskite light absorption layer 130 and the electron transport layer 150 in the perovskite battery 100 (especially the trans-structured perovskite battery 100), which is beneficial to avoid the hysteresis effect of the perovskite battery 100, improve the carrier transmission capacity, and improve the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite battery 100.
  • M 2 -M 1 may be any value among 0.01 eV, 0.02 eV, 0.05 eV, 0.07 eV, 0.1 eV, 0.12 eV, 0.15 eV, 0.17 eV and 0.2 eV, or a range of values between any two of them.
  • the thickness ratio of the intermediate layer 140 to the electron transport layer 150 is (0.01-50):1, which can make the perovskite cell have a higher photoelectric energy conversion efficiency.
  • the thickness ratio of the intermediate layer 140 to the electron transport layer 150 refers to the ratio of the thickness of the intermediate layer 140 to the thickness of the entire electron transport layer 150 .
  • the thickness ratio of the intermediate layer 140 to the electron transport layer 150 is (1-3):1, which can give full play to the advantages of the intermediate layer 140 and the electron transport layer 150 and is conducive to further improving the photoelectric energy conversion efficiency of the perovskite cell 100.
  • the thickness ratio of the intermediate layer 140 to the electron transport layer 150 can be any value among 1:1, 1.2:1, 1.5:1, 1.7:1, 2:1, 2.2:1, 2.5:1, 2.7:1 and 3:1, or a range between any two values.
  • Step 6 Prepare the electrode layer 160 on the electron transport layer 150 and perform edge cleaning test.

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Abstract

一种钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备，属于光伏技术领域。钙钛矿电池包括钙钛矿吸光层以及包括至少两个传输子层的电子传输层；传输子层的材质包括金属氧化物M xO y，M表示金属元素；传输子层中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，传输子层的x/y的值依次增大。所述的钙钛矿电池通过对多层传输子层中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比进行调控，可使得沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，电子传输层中的能级结构依次降低，可提高电子传输层中载流子的传输能力，提高钙钛矿电池的电流，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。

Description

钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备
交叉引用
本申请要求享有于2024年01月02日提交的名称为“钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备”的中国专利申请202410008007.1的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备。
背景技术
钙钛矿电池以其具有良好的光学吸收系数、发光量子效率、较高的缺陷态容限、长程的电荷输运以及低成本的制造工艺等诸多优点，受到广泛关注，具有强大的应用潜力。
目前的钙钛矿电池的光电能量转换效率相对较低，严重地阻碍了钙钛矿电池存的产业化道路。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供一种钙钛矿电池、叠层太阳能电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备，以提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
第一方面，本申请提供了一种钙钛矿电池，该钙钛矿电池包括钙钛矿吸光层以及电子传输层，且电子传输层包括至少两个传输子层；传输子层的材质包括金属氧化物MxOy，M表示金属元素；传输子层中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，传输子层的x/y的值依次增大。
本申请提供的钙钛矿电池中，电子传输层中具有至少两个传输子层，本申请通过对多层传输子层中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比进行调控，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，设置传输子层中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大，可以调控电子传输层中的能级结构，使得沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，电子传输层中的能级结构依次降低，可提高电子传输层中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池的电流，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，至少两个传输子层的厚度比为(2～5):1；可使得电子传输层中载流子的传输能力较高，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，至少两个传输子层的厚度分别为13nm～30nm以及5nm～15nm；可使得电子传输层中载流子的传输能力较高，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，y:x≤0.5×z，z为M的最高价氧化态。
在一些实施例中，0.4×z≤y:x≤0.5×z。传输子层中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比满足上述范围时，有利于充分收集钙钛矿吸光层在光照条件下吸收光子产生的电子或空穴，进而有利于进一步提高电子传输层中载流子的传输能力，也可进一步提高电子传输层与钙钛矿吸光层之间的能级匹配，也可减小电子传输层的光学损失。
在一些实施例中，当一个传输子层中的y:x为0.5×z时，y:x为0.5×z的传输子层在电子传 输层中的厚度占比≤75％。当其中一个传输子层中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比1:(0.5×z)时(z为金属元素的最高价氧化态)，通过对该传输子层在整个电子传输层中的厚度占比进行调控，有利于进一步提高电子传输层中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池的电流，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，金属氧化物中的金属元素包括Sn、Ti、Zn、W、Nb、In、Zr、Ce、Cr、Ba、Sr、Fe以及Li中的至少一种。金属氧化物中的金属元素选自上述元素，可有效阻隔离子的迁移，有利于避免钙钛矿电池中的离子迁移而导致的膜层降解或变质，有利于提高钙钛矿电池的使用寿命。
在一些实施例中，金属氧化物中的金属元素包括Zn、Ti以及Sn中的至少一种。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，传输子层的能级依次降低。上述设置方式，可提高电子传输层中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池的电流，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，相邻的两个传输子层的能级差≤0.2eV。相邻的两个传输子层的能级差在上述范围内，有利于提高载流子的提取效率，进而提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
在一些实施例中，钙钛矿吸光层和电子传输层之间设置有中间层；中间层的材质包括含有碳元素的导电材料。中间层的设置，可以对钙钛矿吸光层表面的缺陷起到钝化作用，提高钙钛矿电池(特别是反式结构的钙钛矿电池)中钙钛矿吸光层与电子传输层之间的界面能级匹配度，有利于避免钙钛矿电池发生迟滞效应，可提高载流子的传输能力，可提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层的材质包括富勒烯及其衍生物、酰亚胺类化合物、醌类化合物、吡咯烷酮类化合物、异靛蓝类化合物、靛蓝类化合物、苯并双噻二唑类化合物、六氮杂萘类化合物、茚并噻吩类化合物、四苯乙烯类化合物以及共轭聚合物中的至少一种。中间层的材质包括上述物质，有利于避免钙钛矿电池发生迟滞效应，可提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层的能级M1小于与中间层相邻的传输子层的能级M2，且M2-M1≤0.2eV。可提高钙钛矿电池(特别是反式结构的钙钛矿电池)中钙钛矿吸光层与电子传输层之间的界面能级匹配度，有利于避免钙钛矿电池发生迟滞效应，可提高载流子的传输能力，可提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层与电子传输层的厚度比为(0.01～50):1；可以使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层与电子传输层的厚度比为(1～3):1。可充分发挥中间层和电子传输层的优势，有利于进一步提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
在一些实施例中，钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、中间层、电子传输层以及电极层；或，钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、电子传输层、中间层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及电极层。该反式结构或正式结构的钙钛矿电池中，钙钛矿吸光层与电子传输层之间的界面能级匹配度较高，可提高反式结构或正式结构的钙钛矿电池的光电能量转换效率。
第二方面，本申请提供了一种叠层太阳能电池，该叠层太阳能电池包括如第一方面任一项提供的钙钛矿电池。
第三方面，本申请提供了一种光伏组件，该光伏组件包括上述第一方面任一项提供的钙钛矿电池或上述第二方面提供的叠层太阳能电池。
第四方面，本申请提供了一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括若干个电性连接的上述第三方面提供的光伏组件。
第五方面，本申请提供了一种用电设备，该用电设备包括若干个电性连接的上述第四方面提供的光伏发电系统。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请一些实施例提供的第一种钙钛矿电池的结构示意图；
图2为本申请一些实施例提供的第二种钙钛矿电池的结构示意图；
图3为本申请一些实施例提供的一种光伏组件的结构示意图。
图标：
1000-光伏组件；
1100-电池串；1200-正面玻璃；1300-正面封装胶膜；1400-背面封装胶膜；1500-背面玻璃；
100-钙钛矿电池；
110-透明基底层；120-空穴传输层；130-钙钛矿吸光层；140-中间层；150-电子传输层；151-传输子层；160-电极层。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“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，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简 化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
太阳能电池作为绿色能源电池，目前，从市场形势的发展来看，太阳能电池的应用越加广泛。其中，太阳能电池不仅被应用于太阳能电站等光伏发电系统，而且还逐渐被应用于电动汽车等用电设备。随着太阳能电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
钙钛矿电池由于具有良好的光学吸收系数、发光量子效率、较高的缺陷态容限、长程的电荷输运以及低成本的制造工艺等诸多优点，成为了近几研究和应用较为广泛的太阳能电池。
钙钛矿电池中，通常包括透明基底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层以及电极层等功能层。钙钛矿吸光层主要由钙钛矿材料组成，在接受太阳光照射时，钙钛矿吸光层首先吸收光子产生电子空穴对(激子)，在pn结电场的作用下，激子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路就形成电流。
但是，目前的钙钛矿电池的光电能量转换效率相对较低，严重地阻碍了钙钛矿电池存的产业化道路。发明人经研究发现，钙钛矿电池的光电能量转换效率相对较低的原因是：电子传输层中的载流子传输受阻，电子传输层中载流子的传输能力相对较低，导致钙钛矿电池的电流较低，进而影响钙钛矿电池的光电能量转换效率。
基于以上考虑，为了提高钙钛矿电池的光电能量转换效率，本申请设计了一种钙钛矿电池，该钙钛矿电池包括钙钛矿吸光层以及电子传输层，且电子传输层包括至少两个传输子层；传输子层的材质包括金属氧化物MxOy，M表示金属元素；传输子层中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，传输子层的x/y的值依次增大。
在本申请提供的钙钛矿电池中，电子传输层中具有至少两个传输子层，本申请通过对多层传输子层中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比进行调控，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，设置传输子层中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大，可以调控电子传输层中的能级结构，使得沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，电子传输层中的能级结构依次降低，可提高电子传输层中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池的电流，使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
以下，将结合实施例对本申请的技术方案进行示例性的说明。
请参阅图1和图2，本申请提供了一种钙钛矿电池100，该钙钛矿电池100包括钙钛矿吸光层130以及电子传输层150，且电子传输层150包括至少两个传输子层151；传输子层151的材质包括金属氧化物；沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，传输子层151中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大。
钙钛矿电池100即钙钛矿太阳能电池，其通常包括透明基底层110、空穴传输层120、钙钛矿吸光层130、电子传输层150以及电极层160等功能层。
本申请实施例提供的钙钛矿电池100可以是正式结构的钙钛矿电池100，也可以是反式结构的钙钛矿电池100，均可以提升相应的钙钛矿电池100的器件效率(即光电能量转换效率)和商业价值。
请参阅图1，反式结构的钙钛矿电池100中，透明基底层110、空穴传输层120、钙钛矿吸光层130、电子传输层150以及电极层160依次；请参阅图2，正式结构的钙钛矿电池100中，透明基底层110、电子传输层150、钙钛矿吸光层130、空穴传输层120以及电极层160依次设置。
本申请实施例提供的钙钛矿电池100，除了对电子传输层150进行改进，其他功能层的规 格和材料种类可以根据需要进行选择或设计。
透明基底层110作为导电率高、可见光透过率高的电极，是钙钛矿电池100的一个输出端。透明基底层110的种类例如但不限于为FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)、ITO(氧化铟锡透明导电玻璃)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)、BZO(苯二氮卓透明导电玻璃)、IZO(氧化铟锌透明导电玻璃)等。
空穴传输层120作为钙钛矿电池100重要的组成部分，主要作用是收集并传输空穴，实现电子空穴有效分离，同时保护钙钛矿吸光层130免受氧气和水汽的侵蚀，对钙钛矿电池100的效率及稳定性起到重要的影响。空穴传输层120中的空穴传输材料例如为以下材料、其衍生物及其经掺杂或钝化所得的材料中的至少一种：聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺(H101)、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺(EDOT-OMeTPA)、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴(CzPAF-SBF)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)(PEDOT:PSS)、聚噻吩、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoO3)、碘化亚铜(CuI)、氧化亚铜(CuO)、2,2',7,7'四(N,N对甲氧苯胺基)9,9'螺二芴、甲氧基三苯胺氟代甲脒、聚(3,4乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、三蝶烯为核的三苯胺、磷酸基单分子、羧酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物、硫氰酸亚铜等；其中空穴传输材料中选择的金属氧化物中的金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
作为示例性地，空穴传输层120的厚度例如为5 500nm，可选为10 20nm。
钙钛矿吸光层130是钙钛矿电池100的核心部件，用于吸收太阳光的光子能量，产生电子
空穴对，并在内建电场作用下使电子空穴对分离成自由的电子和空穴，空穴通过空穴传输层120被透明电极收集，电子通过被电极层160收集，透明电极和电极层160连接成电路从而产生光电流。
钙钛矿吸光层130中的钙钛矿材料的化学式满足ABX3，其中，A为无机、有机或有机无机混合阳离子，B为无机、有机或有机无机混合阳离子，X为无机、有机或有机无机混合阴离子。A选自CH3NH3 +(简写为MA+)、CH(NH2)2+(简写为FA+)、Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+中的至少一种；可选地，M选自CH3NH3 +、CH(NH2)2+和Cs+中的至少一种。B选自Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+和Ni2+中的至少一种；可选地，B选自Pb2+、Sn2+中的一种或两种。X选自Cl-、Br-和I-中的至少一种；可选地，X选自Cl-、Br-和I-中的至少一种。
作为示例性地，钙钛矿材料包括但不限于CH3NH3PbI3(简写为MAPbI3)、CH(NH2)2PbI3(简写为FAPbI3)、Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3(简写为CsFAMA)、CsPbI3、CsPbI2Br、CsPbIBr2中的至少一种。
作为示例性地，钙钛矿吸光层130的带隙在1.20eV～2.30eV，带隙测量方法例如包括：通过紫外吸收光谱测试获得紫外吸收曲线，然后通过Tauc方程进行计算得到钙钛矿带隙。钙钛矿吸光层130的厚度在100nm～1000nm之间，例如但不限于为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm和1000nm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值；其中，钙钛矿吸光层130的厚度是指钙钛矿吸光层130在钙钛矿电池100的厚度方向上的尺寸，该钙钛矿电池100的厚度方向也是指各功能层依次层叠设置的方向。
电极层160作为钙钛矿电池100的另一个输出端。电极层160为有机、无机或有机无机混合的导电材料，导电材料为有机导电材料、无机导电材料中的至少一种；其中，有机导电材料可以为导电聚合物，导电聚合物包括但不局限于聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚噻吩、聚乙炔中的至少一种；无机导电材料包括但不局限于透明导电氧化物、金属、碳衍生物中的至少一种，无机导电材料具体例如为Ag、Cu、C、Au、Al、ITO、AZO、BZO、IZO等。
作为示例性地，电极层160的厚度例如为10nm～1000nm。
电子传输层150用于收集钙钛矿吸光层130在光照条件下吸收光子产生的电子或空穴，在传输电子、阻挡电子空穴复合方面发挥着重要的作用。电子传输层150在钙钛矿电池100中具有重要作用，其性能直接影响电池的性能。
在本申请中，电子传输层150包括至少两个传输子层151；传输子层151的材质包括金属氧化物MxOy，M表示金属元素；传输子层中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，传输子层的x/y的值依次增大。
其中，“MxOy”中的“O”即为氧元素，“MxOy”中的“x”和“y”分别代表金属氧化物中的金属原子的数目和氧原子的数目。
“沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，传输子层151的x/y的值依次增大”是指：所有传输子层151中的“金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比x/y”互不相同，且沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，传输子层151对应的“x/y的值”呈依次增大的关系。
本申请不对电子传输层150中的传输子层151的数目进行限定，其数目可以为2个、3个或者更多个。
需要说明的是，电子传输层150中每个传输子层151中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，可以通过飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)分析并确定。
本申请通过对电子传输层150中所具有的传输子层151中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比进行调控，沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，设置传输子层151中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大，可以调控电子传输层150中的能级结构，使得沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，电子传输层150中的能级结构依次降低，可提高电子传输层150中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池100的电流，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，至少两个传输子层151的厚度比为(2～5):1；可使得电子传输层150中载流子的传输能力较高，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
其中，“沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，至少两个传输子层151的厚度比”是指：“至少两个传输子层151中，靠近钙钛矿吸光层130的传输子层151(记为第一子层)”的厚度和“至少两个传输子层151中，与前述第一子层相邻并位于远离钙钛矿吸光层130的一侧的传输子层151”的厚度之比。
作为示例性地，沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，至少两个传输子层151的厚度比可以为2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1和5:1中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，至少两个传输子层151的厚度分别为13nm～30nm以及5nm～15nm；可使得电子传输层150中载流子的传输能力较高，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
其中，“沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，至少两个传输子层151的厚度分别为13nm～30nm以及5nm～15nm”是指：“至少两个传输子层151中，靠近钙钛矿吸光层130的传输子层151(记为第一子层)”的厚度为13nm～30nm，“至少两个传输子层151中，与前述第一子层相邻并位于远离钙钛矿吸光层130的一侧的传输子层151”的厚度为5nm～15nm。
作为示例性地，“至少两个传输子层151中，靠近钙钛矿吸光层130的传输子层151(记为第一子层)”的厚度可以为13nm、13.3nm、15nm、17.5nm、20nm、22.5nm、25nm、27.5nm和30nm中任意一点值或任意两者之间的范围值；“至少两个传输子层151中，与前述第一子层相邻并位于远离钙钛矿吸光层130的一侧的传输子层151”的厚度可以为5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、9.5nm、10nm、10.5nm、11nm、11.5nm、12nm、12.5nm、13nm、13.5nm、14nm、14.5nm和15nm中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，金属氧化物的表达通式为MxOy，M表示金属元素，y:x≤0.5×z，z为M的最高价氧化态。
其中，“M的最高价氧化态”是指：将M对应的金属元素的价电子全部失去或转移(电子 对偏离于该原子)时对应的化合价态即为最高价氧化态。
“0.5×z”中的“×”为乘号，“0.5×z”对应的数值是“z对应的数值”的0.5倍。以下涉及的“×”均为乘号。
在一些实施例中，0.4×z≤y:x≤0.5×z。MxOy中的“y”和“x”的比值y:x在上述范围内，有利于充分收集钙钛矿吸光层130在光照条件下吸收光子产生的电子或空穴，进而有利于进一步提高电子传输层150中载流子的传输能力，也可进一步提高电子传输层150与钙钛矿吸光层130之间的能级匹配，也可减小电子传输层150的光学损失。
作为示例性地，MxOy中的“y”和“x”的比值y:x可以为0.4×z、0.42×z、0.425×z、0.43×z、0.44×z、0.45×z、0.46×z、0.47×z、0.48×z、0.49×z和0.5×z中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，当电子传输层150中具有“y:x为0.5×z”的传输子层151时，y:x为0.5×z的传输子层151在电子传输层150中的厚度占比≤75％。
可以理解的是，在其他可行的实施方式中，也可以存在电子传输层150中不具有“y:x为0.5×z”的传输子层151，即电子传输层150中的传输子层151的y:x均小于0.5×z。
当其中一个传输子层151中金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比1:(0.5×z)时(z为金属元素的最高价氧化态)，通过对该传输子层151在整个电子传输层150中的厚度占比进行调控至≤75％，有利于进一步提高电子传输层150中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池100的电流，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
作为示例性地，当电子传输层150中具有“y:x为0.5×z”的传输子层151时，y:x为0.5×z的传输子层151在电子传输层150中的厚度占比可以为1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％和75％中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，相比于所有传输子层151的y:x均小于0.5×z，当一个传输子层151的y:x为0.5×z时，有利于进一步提高提高电子传输层150中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池100的电流，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，金属氧化物中的金属元素包括Sn、Ti、Zn、W、Nb、In、Zr、Ce、Cr、Ba、Sr、Fe以及Li中的至少一种。可有效阻隔离子的迁移，有利于避免钙钛矿电池100中的离子迁移而导致的膜层降解或变质，有利于提高钙钛矿电池100的使用寿命。
在一些实施例中，金属氧化物中的金属元素包括Zn、Ti以及Sn中的至少一种。
在一些实施例中，当金属氧化物中的金属元素包括Sn时，Sn的最高价氧化态为4，对应的SnxOy中的“y”和“x”的比值y:x≤2(即0.5×4)；进一步地，SnxOy中的“y”和“x”的比值满足：1.7≤y:x≤2。
作为示例性地，当金属氧化物中的金属元素包括Sn时，各个传输子层151中的金属氧化物SnxOy中的“y”和“x”的比值y:x可以为2、1.9、1.8、1.7、1.6和1.5中任意一点值或任意两者之间的范围值；例如，各个传输子层151中的金属氧化物SnxOy可以分别为SnO2、SnO1.9、SnO1.8、SnO1.7或者SnO1.6等等。
在一些实施例中，传输子层151中除了具有金属氧化物外，还可以具有其他电子传输材料，其他电子传输材料例如为以下材料、其衍生物及其经掺杂或钝化所得的材料中的至少一种：亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、氧化硅、钛酸锶、钛酸钙、氟化锂和氟化钙中的至少一种；作为示例性地，其他电子传输材料可以选自[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)、富勒烯C60、富勒烯C61、富勒烯C70、浴铜灵等。
作为示例性地，电子传输层150的厚度例如可以为5 200nm，可选为20 50nm。
在一些实施例中，沿钙钛矿吸光层130指向电子传输层150的方向，传输子层151的能级依次降低。上述设置方式，可提高电子传输层150中载流子的传输能力，进而提高钙钛矿电池100 的电流，使得钙钛矿电池100具有较高的光电能量转换效率。
在一些实施例中，相邻的两个传输子层151的能级差≤0.2eV。有利于提高载流子的提取效率，进而提高钙钛矿电池100的光电能量转换效率。
作为示例性地，相邻的两个传输子层151的能级差可以为0.01eV、0.02eV、0.05eV、0.07eV、0.1eV、0.12eV、0.15eV、0.17eV和0.2eV中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，钙钛矿吸光层130和电子传输层150之间设置有中间层140；中间层140的材质包括含有碳元素的导电材料。
其中，“含有碳元素的导电材料”是指：该材料中含有碳原子，且该材料具有可提取或迁移电子的能力。
由于钙钛矿吸光层130均为多晶薄膜，其表面不可避免的包含较多的缺陷，主要包括未配位的离子以及晶界和晶体表面的悬挂键。钙钛矿吸光层130表面的缺陷，会引起钙钛矿电池100发生迟滞效应。
迟滞效应是指在钙钛矿电池100的输出电流与输入光照强度之间存在定的滞后关系。具体来说，当光照强度从低到高变化时，钙钛矿电池100的输出电流并不会立即跟随变化，而是会有一定的延迟。这种现象会导致钙钛矿电池100的输出电流与输入光照强度之间存在一定的非线性关系，从而影响太阳能电池的性能和效率。
本申请通过在钙钛矿吸光层130和电子传输层150之间设置中间层140，可以对钙钛矿吸光层130表面的缺陷起到钝化作用，提高钙钛矿电池100(特别是反式结构的钙钛矿电池100)中钙钛矿吸光层130与电子传输层150之间的界面能级匹配度，有利于避免钙钛矿电池100发生迟滞效应，可提高载流子的传输能力，可提高钙钛矿电池100的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层140的材质包括富勒烯及其衍生物、酰亚胺类化合物、醌类化合物、吡咯烷酮类化合物、异靛蓝类化合物、靛蓝类化合物、苯并双噻二唑类化合物、六氮杂萘类化合物、茚并噻吩类化合物、四苯乙烯类化合物以及共轭聚合物中的至少一种。其中，共轭聚合物包括PFN-2TNDI、PBDT-PDI、NDP-V、P(NDI2DT-TTCN)、PN-F以及PF-PDI中的至少一种。
中间层140的材质包括上述物质，有利于避免钙钛矿电池100发生迟滞效应，可提高钙钛矿电池100的光电能量转换效率。
在一些实施例中，中间层140的能级M1小于与中间层140相邻的传输子层151的能级M2，且M2-M1≤0.2eV。上述设置方式，可提高钙钛矿电池100(特别是反式结构的钙钛矿电池100)中钙钛矿吸光层130与电子传输层150之间的界面能级匹配度，有利于避免钙钛矿电池100发生迟滞效应，可提高载流子的传输能力，可提高钙钛矿电池100的光电能量转换效率。
作为示例性地，M2-M1可以为0.01eV、0.02eV、0.05eV、0.07eV、0.1eV、0.12eV、0.15eV、0.17eV和0.2eV中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，中间层140与电子传输层150的厚度比为(0.01～50):1；可以使得钙钛矿电池具有较高的光电能量转换效率。
其中，“中间层140与电子传输层150的厚度比”是指：中间层140的厚度与整个电子传输层150的厚度之比。
作为示例性地，中间层140与电子传输层150厚度比可以为0.01:1、1:1、5:1、10:1、20:1、30:1、40:1和50:1中任意一点值或任意两者之间的范围值。
在一些实施例中，中间层140与电子传输层150的厚度比为(1-3):1。
中间层140与电子传输层150的厚度比为(1-3):1，可充分发挥中间层140和电子传输层150的优势，有利于进一步提高钙钛矿电池100的光电能量转换效率。
作为示例性地，中间层140与电子传输层150厚度比可以为1:1、1.2:1、1.5:1、1.7:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.7:1和3:1中任意一点值或任意两者之间的范围值。
作为示例性地，中间层140的厚度例如可以为5nm～100nm。
基于上述实施方式，反式结构的钙钛矿电池100的制备过程示例性地包括：
步骤1：清洗透明基底层110，吹干备用；
步骤2：在透明基底层110上制备空穴传输层120，备用；
步骤3：在空穴传输层120上制备钙钛矿吸光层130，备用；
步骤4：在钙钛矿吸光层130上制备中间层140，备用；
步骤5：在中间层140上制备电子传输层150(包括至少两个传输子层151)，备用；
步骤6：在电子传输层150上制备电极层160，清边测试。
其中，在一些实施例中，也可以不进行中间层140的制备，而是在钙钛矿吸光层130上直接制备电子传输层150。
正式结构的钙钛矿电池100的制备过程示例性地包括：
步骤1：清洗透明基底层110，吹干备用；
步骤2：在透明基底层110上制备电子传输层150(包括至少两个传输子层151)，备用；
步骤3：在电子传输层150上制备中间层140，备用；
步骤4：在中间层140上制备钙钛矿吸光层130，备用；
步骤5：在钙钛矿吸光层130上制备空穴传输层120，备用；
步骤6：在空穴传输层120上制备电极层160，清边测试。
其中，在一些实施例中，也可以不进行中间层140的制备，而是在电子传输层150上直接制备钙钛矿吸光层130。
该实施例中，透明基底层110、空穴传输层120、钙钛矿吸光层130、中间层140、电子传输层150以及电极层160具有合适的排列顺序，方便各层结构的形成，使得工艺便捷。
可以理解的是，上述各层的制备方式包括但不局限于化学浴沉积法、电化学沉积法、化学气相沉积方法、物理外延生长方法、热蒸镀共蒸方法、原子层沉积方法、磁控溅射方法、前驱液涂布法、前驱液狭缝涂布法、前驱液刮涂法等中的任一种，本领域技术人员可根据实际的需求进行选择，并且除了上述设置方式以外，也可以采用机械压合方法一次形成至少两层互相连接的功能层。
可选地，各层的制备方式为热蒸镀法或前驱液涂布法，其中前驱液涂布法可为旋涂法。
作为示例性地，反式结构的钙钛矿电池100的方式包括：采用磁控溅射方法在透明基底表面沉积空穴传输层120；以3000rpm～4500rpm的旋转速度在空穴传输层120的表面旋涂钙钛矿吸光层130浆料，之后在恒温热台上以例如100～200℃干燥，获得钙钛矿吸光层130；然后采用真空蒸镀法，在真空热蒸镀设备中，在4×104Pa的真空条件下，在钙钛矿吸光层130的表面沉积中间层140；采用原子沉积方法，在中间层140的表面沉积电子传输层150(包括至少两个传输子层151)；然后在真空镀膜机，在5×104Pa的真空条件下，在电子传输层150的表面蒸镀电极层160。
作为示例性地，正式结构的钙钛矿电池100的方式包括：采用原子沉积方法在透明基底表面沉积电子传输层150(包括至少两个传输子层151)；然后采用真空蒸镀法，在真空热蒸镀设备中，在4×104Pa的真空条件下，在电子传输层150的表面沉积中间层140；以3000rpm～4500rpm的旋转速度在中间层140的表面旋涂钙钛矿吸光层130浆料，之后在恒温热台上以例如100～200℃干燥，获得钙钛矿吸光层130；采用磁控溅射方法在钙钛矿吸光层130的表面沉积空穴传输层120；然后在真空镀膜机，在5×104Pa的真空条件下，在空穴传输层120的表面蒸镀电极层160。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种叠层太阳能电池，其包括以上任一方案提供的钙钛矿电池100。请参阅图3，根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种光伏组件1000，其包括以上任一方案提供的钙钛矿电池100。
光伏组件1000指太阳电池组件，即包括多个钙钛矿电池100的整体组件。其中，包括若干个电池串1100，每个电池串1100包括通过焊带等连接器进行串联的多个钙钛矿电池100。若干个是指一个、两个及以上整数个的数量。
在光伏组件1000中，除了电池串1100之外，还可以包括正面玻璃1200、正面封装胶膜1300、背面封装胶膜1400、背面玻璃1500等，作为示例，光伏组件1000包括沿厚度方向依次层叠分布的正面玻璃1200、正面封装胶膜1300、电池串1100、背面封装胶膜1400以及背面玻璃1500。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种光伏组件1000，其包括上述提供的叠层太阳能电池。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种光伏发电系统，其包括若干个电性连接的光伏组件1000。
若干个是指一个、两个及以上整数个的数量。
光伏发电系统是指利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，分为独立光伏发电系统(Stand alone PV System)和并网光伏发电系统(Grid connectedPV System)，独立光伏发电系统由光伏组件1000组成的太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成，并网光伏发电系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种用电设备，其包括以上方案提供的光伏发电系统，并且光伏发电系统用于为用电设备提供电能。
用电设备可以为多种形式，例如为电动汽车、轮船、航天器、太阳能热水器、太阳能等。
用电设备的供电方式可以是光伏组件1000单一供电，也可以是光伏组件1000和储能电池配合供电，即用电设备同时安装有光伏组件1000和储能电池。储能电池不限于一次电池和二次电池，例如但不限于为锂离子二次电池、钠离子二次电池等。
接下来参照下面的示例更详细地描述一个或多个实施例。当然，这些示例并不限制一个或多个实施例的范围。
实施例1
如图1所示的钙钛矿电池100，其制备方法包括：
(1)制备透明基底层110：
将规格为2.0cm×2.0cm的FTO导电玻璃表面依次用丙酮和异丙醇清洗2次，浸入去离子水中超声处理10min，再在鼓风干燥箱中干燥后，放置在手套箱中(N2氛围)，将其作为透明基底层110。
(2)制备空穴传输层120：
使用磁控溅射方法在导电玻璃表面沉积氧化镍，形成空穴传输层120，厚度为15nm。
(3)制备钙钛矿吸光层130：
以4000rpm的速度在所得到的空穴传输层120上旋涂5mg/mL的CuInP2S6纳米胶体与1.5mol/L的FAPbI3的混合DMF溶液，之后移至恒温热台上，以100℃加热30min，冷却至室温后，形成钙钛矿吸光层130，厚度为500nm。
制备中间层140：
将上述制备的器件放入真空热蒸镀设备中，抽真空至4×10-4Pa，在钙钛矿吸光层130的表面沉积30nm的材质为C60的中间层140。
(5)制备电子传输层150：
利用原子层沉积方法在中间层140的表面依次沉积两层材质为锡氧化物的传输子层151，且两层传输子层151中的锡氧化物的锡原子与氧原子之比Sn/O比依次为1:2.0、1:1.7，两层传输子层151的厚度分别为20nm、10nm。
(6)制备电极层160：
将上述制备的器件放入真空镀膜机，在5×10-4Pa的真空条件下，在电子传输层150的表面蒸镀Cu电极，蒸镀速率未0.1埃/s，形成电极层160，厚度为80nm。
实施例2
如图2所示的钙钛矿电池100，其制备方法包括：
(1)制备透明基底层110：
将规格为2.0cm×2.0cm的FTO导电玻璃表面依次用丙酮和异丙醇清洗2次，浸入去离子水中超声处理10min，再在鼓风干燥箱中干燥后，放置在手套箱中(N2氛围)，将其作为透明基底层110。
(2)制备电子传输层150：
利用原子层沉积方法在透明基底层110的表面依次沉积两层材质为锡氧化物的传输子层151，且两层传输子层151中的锡氧化物的锡原子与氧原子之比Sn/O比依次为1:1.7、1:2.0，两层传输子层151的厚度分别为10nm、20nm。
(3)制备中间层140：
将上述制备的器件放入真空热蒸镀设备中，抽真空至4×10-4Pa，在电子传输层150的表面沉积30nm的材质为C60的中间层140。
(4)制备钙钛矿吸光层130：
以4000rpm的速度在所得到的中间层140上旋涂5mg/mL的CuInP2S6纳米胶体与1.5mol/L的FAPbI3的混合DMF溶液，之后移至恒温热台上，以100℃加热30min，冷却至室温后，形成钙钛矿吸光层130，厚度为500nm。
(5)制备空穴传输层120：
使用磁控溅射方法在钙钛矿吸光层130的表面以3000rpm的速度旋涂73mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，形成空穴传输层120，厚度为30nm。
(6)制备电极层160：
将上述制备的器件放入真空镀膜机，在5×10-4Pa的真空条件下，在空穴传输层120的表面蒸镀Cu电极，蒸镀速率未0.1埃/s，形成电极层160，厚度为80nm。
实施例3～26以及对比例1～8
实施例3～14以及对比例1～4与实施例1的区别如表1和表2所示，实施例15～26以及对比例5～8与实施例2的区别如表1和表2所示。
表1钙钛矿电池的电子传输层的参数。


表1中，“/”是指不存在对应的参数，对比例2以及对比例6中的“SnO2与SnO1.7质量比为2:1”是指：该传输子层中是质量比为2:1的SnO2与SnO1.7的混合物，对比例4以及对比例8中的“TiO2与TiO1.7质量比为2:1”是指：传输子层中是质量比为2:1的TiO2与TiO1.7的混合物。
表2钙钛矿电池的参数

表2中，PCBM是指[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯，“/”是指不存在对应的参数。
对实施例1～26以及对比例1～8制备的钙钛矿电池测定能量转换效率，结果如表3所示；能量转换效率的测试条件如下：
大气环境下，太阳光模拟光源使用AM1.5G标准光源，使用四通道数字源表(Keithley2440)测量光源照射下电池的伏安特性曲线，得到钙钛矿电池的电池工作输出功率Pout(单位为mW/cm2)，由此计算电池的能量转换效率Eff(Efficiency)；其中，对于AM1.5G标准光源，入射光功率Popt为100mW/cm2。
能量转换效率如下计算：Eff＝(Pout/Popt)×100％。
表3钙钛矿电池100的测试结果

从表3可以看出，实施例1以及实施例3～14制得的反式结构的钙钛矿电池的能量转换效率均高于对比例1～4制得的反式结构的钙钛矿电池的能量转换效率，实施例2以及实施例15～26制得的正式结构的钙钛矿电池的能量转换效率均高于对比例5～8制得的正式结构的钙钛矿电池的能量转换效率；表明：沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，设置传输子层中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大，可提高钙钛矿电池的光电能量转换效率。
从实施例1与实施例3的对比以及实施例2与实施例15的对比可以看出，当第二传输子层中的金属原子与氧原子的比值相同时，相比于第一传输子层中氧原子与金属原子的原子数目之比y/x小于0.5×z(z为金属原子的最高价氧化态)，第一传输子层中氧原子与金属原子的原子数目之比y/x为0.5×z(z为金属原子的最高价氧化态)时，可进一步提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例4～5的对比以及实施例2与实施例16～17的对比可以看出，当传输子层中氧原子与锡原子的原子数目之比y/x满足1.7≤y:x≤2时，有利于进一步提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例6～7的对比以及实施例2与实施例18～19的对比可以看出，当第一传输子层中氧原子与金属原子的原子数目之比y/x为0.5×z(z为金属原子的最高价氧化态)时，第一传输子层的厚度占电子传输层的总厚度的比例≤75％时，有利于进一步提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例8的对比以及实施例2与实施例20的对比可以看出，当“电子传输层中具有至少两个传输子层(两层或三层)，且沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，设置传输子层中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大”时，均可以有效提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例9的对比以及实施例2与实施例21的对比可以看出，电子传输层的材质为锡氧化物或钛氧化物，均可以有效提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例10～12的对比以及实施例2与实施例22～24的对比可以看出，电子传输层与中间层的厚度比可以进一步影响钙钛矿电池的能量转换效率；当电子传输层与中间层的厚度比为1:(1～3)时，有利于进一步提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例13的对比以及实施例2与实施例25的对比可以看出，中间层的材质为C60或PCBM(即[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯)时，均可以有效提高钙钛矿电池的能量转换效率。
从实施例1与实施例14的对比以及实施例2与实施例26的对比可以看出，当钙钛矿电池中未设置中间层时，沿钙钛矿吸光层指向电子传输层的方向，设置传输子层中的金属氧化物的金属原子的数目与氧原子的数目之比依次增大，依旧可以有效提高钙钛矿电池的能量转换效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各 实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

  1. 一种钙钛矿电池，其中，所述钙钛矿电池包括钙钛矿吸光层以及电子传输层，且所述电子传输层包括至少两个传输子层；
    所述传输子层的材质包括金属氧化物MxOy，M表示金属元素；所述传输子层中的金属原子与氧原子的原子数目之比为x/y，沿所述钙钛矿吸光层指向所述电子传输层的方向，所述传输子层的x/y的值依次增大。
  2. 根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其中，沿所述钙钛矿吸光层指向所述电子传输层的方向，至少两个所述传输子层的厚度比为(2～5):1。
  3. 根据权利要求2所述的钙钛矿电池，其中，沿所述钙钛矿吸光层指向所述电子传输层的方向，至少两个所述传输子层的厚度分别为13nm～30nm以及5nm～15nm。
  4. 根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其中，y:x≤0.5×z，z为所述M的最高价氧化态。
  5. 根据权利要求4所述的钙钛矿电池，其中，0.4×z≤y:x≤0.5×z。
  6. 根据权利要求4所述的钙钛矿电池，其中，当一个所述传输子层中的y:x为0.5×z时，y:x为0.5×z的所述传输子层在所述电子传输层中的厚度占比≤75％。
  7. 根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其中，所述金属氧化物中的金属元素包括Sn、Ti、Zn、W、Nb、In、Zr、Ce、Cr、Ba、Sr、Fe以及Li中的至少一种；
    可选地，所述金属氧化物中的所述金属元素包括Zn、Ti以及Sn中的至少一种。
  8. 根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其中，沿所述钙钛矿吸光层指向所述电子传输层的方向，所述传输子层的能级依次降低。
  9. 根据权利要求8所述的钙钛矿电池，其中，相邻的两个所述传输子层的能级差≤0.2eV。
  10. 根据权利要求1～9任一项所述的钙钛矿电池，其中，所述钙钛矿吸光层和所述电子传输层之间设置有中间层；所述中间层的材质包括含有碳元素的导电材料；
    可选地，所述中间层的材质包括富勒烯及其衍生物、酰亚胺类化合物、醌类化合物、吡咯烷酮类化合物、异靛蓝类化合物、靛蓝类化合物、苯并双噻二唑类化合物、六氮杂萘类化合物、茚并噻吩类化合物、四苯乙烯类化合物以及共轭聚合物中的至少一种。
  11. 根据权利要求10所述的钙钛矿电池，其中，所述中间层的能级M1小于与所述中间层相邻的所述传输子层的能级M2，且M2-M1≤0.2eV。
  12. 根据权利要求10所述的钙钛矿电池，其中，所述中间层与所述电子传输层的厚度比为(0.01～50):1；
    可选地，所述中间层与所述电子传输层的厚度比为(1～3):1。
  13. 根据权利要求10所述的钙钛矿电池，其中，所述钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述中间层、所述电子传输层以及电极层；
    或，所述钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、所述电子传输层、所述中间层、所述钙钛矿吸光层、空穴传输层以及电极层。
  14. 一种叠层太阳能电池，其中，所述叠层太阳能电池包括如权利要求1～13任一项所述的钙钛矿电池。
  15. 一种光伏组件，其中，所述光伏组件包括如权利要求1～13任一项所述的钙钛矿电池或如权利要求14所述的叠层太阳能电池。
  16. 一种光伏发电系统，其中，所述光伏发电系统包括若干个电性连接的如权利要求15所述的光伏组件。
  17. 一种用电设备，其中，所述用电设备包括若干个电性连接的如权利要求16所述的光伏发电系统。
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