三级钙钛矿叠层太阳能电池-储能电池集成器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于能量收集转化及储存技术领域，具体为一种三级钙钛矿叠层太阳能电池

【技术实现步骤摘要】
三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于能量收集转化及储存
，具体涉及一种三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]阳光几乎是地球上所有能量的来源，它是完全免费的，高度可用的并且对环境是无害的。更重要的是，人类可以通过光伏技术将日光辐射轻松转换为电能。由于电能是现代工业和社会的基础，因此太阳能到电能的转换对于清洁和可再生能源的应用具有巨大的价值。然而，阳光的间歇性导致太阳能电池的输出不稳定，这对于可持续的能源利用而言是难以接受的。同时，二次电池广泛用于将电能存储为化学能，并在需要时将化学能直接转换为电能。因此，开发廉价高效的二次电池和太阳能电池集成的器件是非常有前途的。
[0003]锂硫电池以其能量密度高、比容量高、使用寿命长、无记忆效应和安全、无污染等优点，受到了广泛的应用，尤其在新能源车和手机、柔性可穿戴设备等方面。但因为锂硫电池需要外部电源进行充放电而限制了其广泛的使用，而太阳能电池利用光能转化为电能可以为锂硫电池直接充电提供大规模应用的机会。
[0004]目前，对于太阳能电池与锂硫电池的集成虽然有了一些研究，然而涉及叠层钙钛矿太阳能电池与锂硫电池的集成器件研究甚少，目前的太阳能电池与二次电池复合的问题在于电压难以匹配，且光充电功率密度较高，而二次电池的部分材料的比容量和循环性能并不能很好地匹配需求，并且传统连线式集成方式存在体积庞大，价格昂贵等问题。因此，如何实现太阳能的稳定输出和转化，以及太阳能电池与锂硫电池的有效匹配，开发新型太阳能
‑
电能转化储存器件，还有很大的空间等待人们去探索。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的以上缺陷或改进需求，提供了一种三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件及其制备方法。
[0006]本专利技术提供的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其采用叠层的集成方式，前部为三级钙钛矿太阳能串联的太阳能电池系统，后部为通过共用电极连接的锂硫电池系统。本专利技术实现了能量转化和存储双重功能，减小了器件的体积，降低了成本，有利于小型化电子设备的实现。
[0007]本专利技术提供的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，由位于前部的三级钙钛矿叠层太阳能电池系统和位于后部的锂硫电池系统组合构成；其中，三级钙钛矿叠层太阳能电池系统包括前部、中部、后部带隙不同的钙钛矿电池单元；三级钙钛矿叠层太阳能电池系统中，从下到上依次为：导电玻璃层、电子传输层、前部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物，电子传输层、中部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物、电子传输层、后部钙钛矿吸收层、空穴传输层、金属电极；锂硫电池系统包括硫碳正极、隔膜及锂金属负极。
[0008]所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，位于前部的三级全钙钛矿太阳能电池与后部的锂硫电池通过致密共用电极相连。
[0009]本专利技术中：所述导电玻璃层为ITO、IFO、IZO、AZO中的一种。
[0010]所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO2、PCBM、TPBI中的一种或者几种。
[0011]所述钙钛矿光吸收层为FAxCs1
‑
xPbBryI3
‑
y、MAPbI3或MAPbxSn1
‑
xI3。
[0012]所述空穴传输层为PTAA、Spiro
‑
oMeATD、MoO3、PEDOT:PSS中的一种或者几种。
[0013]所述共用电极层为Au、Ag、石墨烯中的一种或者几种。
[0014]所述硫碳正极为硫、碳纳米管、NMP的混合物薄膜，所述隔膜为Celgard2300、Celgard2500中的一种或几种。
[0015]本专利技术提供的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件的制备方法，具体步骤为：S1、透明导电衬底清洗后干燥，并进行表面改性处理；S2、在所述的透明导电玻璃上旋涂电子传输层材料并退火处理，得到电子传输层；S3、将宽带隙的FAxCs1
‑
xPbBryI3
‑
y钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述的电子传输层上， 制备前部钙钛矿吸收层；S4、在所述的前部钙钛矿吸收层上，依次旋涂空穴传输层和导电氧化物层，得到前部FAxCs1
‑
xPbBryI3
‑
y钙钛矿太阳能电池；S5、在S4的基础上依次制备电子传输层、MAPbI3中部钙钛矿吸收层、空穴传输层和导电氧化物得到中部MAPbI3中部钙钛矿太阳能电池；S6、在S5的基础上依次制备电子传输层、MAPbxSn1
‑
xI3后部钙钛矿吸收层、空穴传输层和导电氧化物得到中部MAPbxSn1
‑
xI3后部钙钛矿太阳能电池；S7、在S6的基础上依次制备和组装硫碳正极、隔膜和锂金属负极，得到锂硫电池储能单元。
[0016]本专利技术中，所述的电子传输层厚度为1
‑
400 nm，所述的钙钛矿吸收层厚度为0.1
‑
40 um，所述的空穴传输层厚度为1
‑
400 nm，所述锂硫电池储能部分厚度为2.8mm
‑
3.2mm。
[0017]本专利技术将三级钙钛矿太阳能电池与锂硫电池串联，电压与锂硫电池电压相匹配，使氧化还原反应进行地更完全；本专利技术还采用LiF作为钙钛矿和C
60
之间的夹层，提高了太阳能电池部分的开路电压，并且延缓了钙钛矿的降解。这有利于串联器件高效的能量转化，提高了其整体的稳定性和使用寿命。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1)本专利技术采用三级钙钛矿材料串联太阳能电池器件能够吸收300 nm
‑
800nm的太阳辐射，易于实现更高的转化效率；（2)三级钙钛矿材料串联提高了太阳能电池的开路电压，易于实现与锂硫储能电池的电压匹配；（3)钙钛矿太阳能电池与锂硫电池系统采用叠层的方式集成，简化了制备工艺，降低了器件的制备成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图1，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例1一种三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，从下到上具体包括导电玻璃层、电子传输层、前部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物，电子传输层、中部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物、电子传输层、后部钙钛矿吸收层、空穴传输层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，由位于前部的三级钙钛矿叠层太阳能电池系统和位于后部的锂硫电池系统组合构成；其中，三级钙钛矿叠层太阳能电池系统包括前部、中部、后部带隙不同的钙钛矿电池单元；三级钙钛矿叠层太阳能电池系统中，从下到上依次为：导电玻璃层、电子传输层、前部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物，电子传输层、中部钙钛矿吸收层、空穴传输层、导电氧化物、电子传输层、后部钙钛矿吸收层、空穴传输层、金属电极；锂硫电池系统包括硫碳正极、隔膜及锂金属负极；前部的三级全钙钛矿太阳能电池与后部的锂硫电池通过致密共用电极相连。2.根据权利要求1所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，所述导电玻璃为ITO、IFO、IZO、AZO中的一种。3.根据权利要求1所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO2、PCBM、TPBI中的一种或者几种。4.根据权利要求1所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层为FAxCs1
‑
xPbBryI3
‑
y、MAPbI3或MAPbxSn1
‑
xI3。5.根据权利要求1所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，所述空穴传输层为PTAA、Spiro
‑
oMeATD、MoO3、PEDOT:PSS中的一种或者几种。6.根据权利要求1所述的三级钙钛矿叠层太阳能电池
‑
储能电池集成器件，其特征在于，所述共用电极层为Au、Ag、石墨烯中的一种或者几种。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：解凤贤，刘思宇，何海洋，郭睿倩，张万路，
申请(专利权)人：中山复旦联合创新中心，
类型：发明
国别省市：