并联结构的钙钛矿太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种并联结构的钙钛矿太阳能电池，由各个相互分离的子电池并联而成，每个子电池依次从下往上包括第一电极层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极层，子电池设置在下基底和上基底之间，各个子电池通过叉指状的并联结构并联在一起，并联结构包括指柄电极和相互隔离的多个指根子电池，相邻的指根子电池之间相互隔断，在隔断中填充有绝缘物。本发明专利技术还公开一种前述并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明专利技术极大的简化了钙钛矿太阳能电池组件生产工艺，降低生产成本，还有效的提高了钙钛矿太阳能电池组件的输出功率。

Perovskite solar cell with parallel structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
并联结构的钙钛矿太阳能电池及制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备
，特别涉及一种并联结构的钙钛矿太阳能电池及制备方法。
技术介绍
现有钙钛矿太阳能电池的光电转换层具有有机-无机的杂化结构，其主要的制备方法包括液相沉积、双气相共蒸镀以及固相-气相辅助沉积，可以灵活的根据制备工艺进行调节。一般的，钙钛矿太阳能电池的结构依次包括第一电极、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层、第二电极。对于大面积的组件，钙钛矿太阳能电池通常采用串联的方式，将多个小电池（或称子电池）集结在一起，获得较高的输出性能。而这种串联结构需要在相邻的小电池单元间做多次隔断，不仅工艺复杂，而且增大了死区面积，降低了单位面积上电池的输出功率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种并联结构的钙钛矿太阳能电池及制备方法，不仅解决了传统工艺下组件多次隔断导致的死区面积大，单位面积输出功率低的问题，而且还降低了钙钛矿太阳能电池组件制备工艺的复杂程度，降低生产成本，还有效的提高了钙钛矿太阳能电池组件的输出功率。本专利技术是这样实现的，提供一种并联结构的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由各个相互分离的子电池并联而成，每个所述子电池依次从下往上包括第一电极层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极层，所述子电池设置在下基底和上基底之间，各个子电池通过叉指状的并联结构并联在一起，所述并联结构包括统一的指柄电极和相互隔离的多个指根子电池，相邻的指根子电池之间相互隔断，在所述隔断中填充有绝缘物，所述指柄电极为设置在下基底一侧边缘的第一电极层或设置在上基底一侧边缘的第二电极层。进一步地，所述指柄电极的宽度为1μm～1cm，所述隔断的宽度为50nm～200μm，所述单个指根子电池的宽度为1μm～5cm。本专利技术是这样实现的，提供一种如前所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在下基底上依次制备具有第一电极层、第一载流子传输层、下钙钛矿层的下半组件，然后对下半组件做叉指状图案化处理，加工出统一的下指柄电极和多个下功能子电池，相邻的下功能子电池之间设置各个下隔断，在所述下隔断中填充有绝缘物；步骤二、在上基底上依次制备第二电极层、第二载流子传输层、上钙钛矿层的上半组件，然后对上半组件做叉指状图案化处理，加工出统一的上指柄电极和多个上功能子电池，相邻的上功能子电池之间设置各个上隔断，在所述上隔断中填充有绝缘物；步骤三、将步骤一制备的下半组件和步骤二制备的上半组件通过重叠装置叠合在一起，每个下功能子电池的下钙钛矿层分别与对应的上功能子电池的上钙钛矿层对齐重合，所述下钙钛矿层和上钙钛矿层组合成为钙钛矿层，每个下隔断分别与对应的上隔断对齐重合，固定该重叠装置；步骤四、将该重叠装置放置于密闭腔体内，腔体被抽真空，腔体内的压强范围设定为10-3Pa～106Pa，并加热腔体，温度为60℃～200℃，持续时间为5min～2h；步骤五、待腔体温度冷却至室温，取出重叠装置中的组件，再在组件的指柄电极处引出外接电极，组件边缘封装，完成并联钙钛矿太阳能电池的制备。进一步地，在步骤一和步骤二中，图案化处理所采用的方法为激光蚀刻法和刀片物理划线法中的任意一种。进一步地，在步骤四中，还包括向腔体内充入适量辅助性蒸汽，所述辅助性蒸汽包括甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲胺中的任意一种蒸汽。进一步地，所述下基底和上基底分别采用玻璃、不锈钢、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）及聚酰亚胺（PI）中任意一种材料制成，其中，下基底和上基底中至少有一个是采用了高度透明的材料，即在可见光及近红外光区域，特别的，在波长为350nm～800nm范围光透过率不低于80%。进一步地，在所述下基底上通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束沉积法、丝网印刷法、狭缝涂布法（slotdie法）、喷墨打印法、刮刀刮涂法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法中任意一种制备第一电极层，在所述上基底上通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束沉积法、丝网印刷法、狭缝涂布法（slotdie法）、喷墨打印法、刮刀刮涂法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法中任意一种制备第二电极层；所述第一电极层和第二电极层的材料分别为金、银、铜、铝、铬、氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO）以及碳复合材料中的任意一种，所述第一电极层和第二电极层的厚度均不低于20nm。进一步地，在所述第一电极层上通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束沉积法、丝网印刷法、狭缝涂布法（slotdie法）、喷墨打印法、刮刀刮涂法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法中任意一种制备第一载流子传输层，在所述第二电极层上通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束沉积法、丝网印刷法、狭缝涂布法（slotdie法）、喷墨打印法、刮刀刮涂法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法中任意一种制备第二载流子传输层；所述第一载流子传输层为空穴传输层或电子传输层，对应地，所述第二载流子传输层为电子传输层或空穴传输层；所述电子传输层使用二氧化钛、氧化锌、硫化镉、二氧化锡、三氧化二铟、氧化钨、氧化铈、C60、C70、PCBM以及它们的衍生物和掺杂物中的任意一种材料，该层厚度为5nm~300nm；所述空穴传输层使用氧化镍、氧化钒、氧化钼、硫化铜、硫氰酸亚铜、氧化铜、氧化亚铜、氧化钴、PTAA,PEDOT,Spiro-MeOTAD和它们的掺杂物中的任意一种材料，该层厚度为5nm~200nm。进一步地，在所述第一载流子传输层上制备下钙钛矿层，在所述第二载流子传输层上制备上钙钛矿层，所述下钙钛矿层和上钙钛矿层组合成为钙钛矿层；所述下钙钛矿层分别为AX、BX2或者AX与BX2的混合物或叠层结构，对应地，所述上钙钛矿层为BX2、AX或者AX与BX2的混合物或叠层结构，其中，A为CH3NH3+（甲胺基）、CH3CH2NH3+（乙胺基）、CH(NH2)2+（甲脒基）、C(NH2)3+（胍基）中含碳、氧、硫、氮、氢元素中的至少一种短链有机阳离子，或者Li+、Na+、K+、Rb+、Ag+、Cu+、Cs+中的至少一种一价无机阳离子，B为Ge2+、Sn2+、Pb2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Co2+、Ni2+中的至少一种二价金属离子，X为F-、Cl-、CH3COO-、Br-、I-、SCN-中的至少一种一价阴离子；所述下钙钛矿层和上钙钛矿层的厚度均不低于10nm。进一步地，所述绝缘物材料为惰性气体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、聚乙烯醇、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜中具有较高熔点的有机物中的任意一种，或者三氧化二铝、氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化镁、三氧化二镓、五氧化二铌、五氧化二钽、二氧化铪无机物中的任意一种；所述绝缘物采用热蒸发法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联结构的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由各个相互分离的子电池并联而成，每个所述子电池依次从下往上包括第一电极层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极层，所述子电池设置在下基底和上基底之间，其特征在于，各个子电池通过叉指状的并联结构并联在一起，所述并联结构包括统一的指柄电极和相互隔离的多个指根子电池，相邻的指根子电池之间相互隔断，在所述隔断中填充有绝缘物，所述指柄电极为设置在下基底一侧边缘的第一电极层或设置在上基底一侧边缘的第二电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种并联结构的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由各个相互分离的子电池并联而成，每个所述子电池依次从下往上包括第一电极层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极层，所述子电池设置在下基底和上基底之间，其特征在于，各个子电池通过叉指状的并联结构并联在一起，所述并联结构包括统一的指柄电极和相互隔离的多个指根子电池，相邻的指根子电池之间相互隔断，在所述隔断中填充有绝缘物，所述指柄电极为设置在下基底一侧边缘的第一电极层或设置在上基底一侧边缘的第二电极层。


2.如权利要求1所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述指柄电极的宽度为1μm～1cm，所述隔断的宽度为50nm～200μm，所述单个指根子电池的宽度为1μm～5cm。


3.一种如权利要求1或2所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在下基底上依次制备具有第一电极层、第一载流子传输层、下钙钛矿层的下半组件，然后对下半组件做叉指状图案化处理，加工出统一的下指柄电极和多个下功能子电池，相邻的下功能子电池之间设置各个下隔断，在所述下隔断中填充有绝缘物；
步骤二、在上基底上依次制备第二电极层、第二载流子传输层、上钙钛矿层的上半组件，然后对上半组件做叉指状图案化处理，加工出统一的上指柄电极和多个上功能子电池，相邻的上功能子电池之间设置各个上隔断，在所述上隔断中填充有绝缘物；
步骤三、将步骤一制备的下半组件和步骤二制备的上半组件通过重叠装置叠合在一起，每个下功能子电池的下钙钛矿层分别与对应的上功能子电池的上钙钛矿层对齐重合，所述下钙钛矿层和上钙钛矿层组合成为钙钛矿层，每个下隔断分别与对应的上隔断对齐重合，固定该重叠装置；
步骤四、将该重叠装置放置于密闭腔体内，腔体被抽真空，腔体内的压强范围设定为10-3Pa～106Pa，并加热腔体，温度为60℃～200℃，持续时间为5min～2h；
步骤五、待腔体温度冷却至室温，取出重叠装置中的组件，再在组件的指柄电极处引出外接电极，组件边缘封装，完成并联钙钛矿太阳能电池的制备。


4.如权利要求3所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤一和步骤二中，图案化处理所采用的方法为激光蚀刻法和刀片物理划线法中的任意一种。


5.如权利要求3所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤四中，还包括向腔体内充入适量辅助性蒸汽，所述辅助性蒸汽包括甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲胺中的任意一种蒸汽。


6.如权利要求3所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述下基底和上基底分别采用玻璃、不锈钢、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺中任意一种材料制成，其中，下基底和上基底中至少有一个是采用了高度透明的材料。


7.如权利要求3所述的并联结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述下基底上通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束沉积法、丝网印刷法、狭缝涂布法、喷墨打印法、刮刀刮涂法、化学气相沉积法...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杭州纤纳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33