一种适用于混连组件的柔性背接触钙钛矿太阳电池的制作方法

本实用新型涉及光伏技术领域，特别涉及一种适用于混连组件的柔性背接触钙钛矿太阳电池。

背景技术：

近年来，随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严峻，太阳能光伏发电受到各国普遍关注，钙钛矿太阳能电池不仅因其具有原料丰富、成本低廉，而且其可进行溶液加工、低温制备、光电新能优越等特点和优势，成为当今新一代光伏技术中最热门的分支。短短几年，钙钛矿太阳能电池的电池转换效率已接近传统晶硅太阳能电池的水平。

但是钙钛矿太阳能电池组件没有合适的混连封装方案，传统的组件连接形式(并联或者串联)无法同时满足电池组件输出端电压和电流的要求,在组件组装时不可避免会降低太阳光的光照面积，而且传统的钙钛矿单电池相互连接会导致连接导线浪费，增大电池组件的篇幅，浪费电池基片与电池基片相连接的导流条，组件输出电流过低等也一直制约着商业化生产的进程。因此，虽然钙钛矿太阳能电池具有可与传统晶硅太阳能电池相媲美的光电性质，但还不能满足商业化生产需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种适用于混连组件的柔性背接触钙钛矿太阳电池,组成太阳电池的单体具有可弯曲的特性，串联连接时可将两块单体的正负极通过背接触孔洞直接连接，减少连接导线，降低混连组件电池的篇幅，并联连接可以提高混连组件电池的输出电流，以达到合理的混连组件电池输出电压和电流。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种适用于混连组件的柔性背接触钙钛矿太阳电池，包括单体，所述单体包括从下而上依次设置的基底、导电层、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和电极催化层；基底为电池透光面的第一层，导电层与基底连接；导电层和基底相对于上层的电子传输层、光吸收层、空穴传输层和电极催化层，延伸有空白区；所述单体还包括背接触孔洞，背接触孔洞设于导电层的负极区域，背接触孔洞贯穿空白区的基底和导电层，背接触孔洞内装有导电材料。

所述单体还包括P1划线、P2划线和P3划线；所述P1划线蚀刻导电层，P2划线蚀刻电子传输层、光吸收层和空穴传输层，P3划线蚀刻电子传输层、光吸收层、空穴传输层和电极催化层。

本实用新型还包括混连组件电池,所述单体之间通过正负极相串联形成单行电池，单行电池之间通过并联形成混连组件电池。

本实用新型还包括电池保护层、组件保护层和外边框，所述混连组件电池装设于电池保护层内；所述组件保护层设于电池保护层外；所述外边框装设于组件保护层的外周。

所述基底可为柔性基底；基底材料可采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)等，基底作为电池的透光面第一层，其不仅起到电池的支撑作用，而且要求保证电池的高透光性、耐腐蚀性。

所述导电层可为ITO薄膜，ITO薄膜为掺锡氧化铟薄膜，其具有较高的透光性和导电性，ITO薄膜与基底连接性能较强，ITO薄膜的制备方法有蒸发、溅射、反应离子镀、化学气相沉积和热解喷涂等。

所述电子传输层的材料可选用SnO2、TiO2等，电子子传输层是钙钛矿太阳电池的重要组成部分，其有较高的透过率和较好的电导率，同时表面形貌有利于钙钛矿层的覆盖。

所述光吸收层可由有机-无机类钙钛矿薄膜构成，有机-无机类钙钛矿薄膜是指一类与钙钛矿具有相似晶体结构的有机-无机杂化物体系的总称，光吸收层通过旋涂法、喷涂法、刮涂法等制备形成。光吸收层具有良好的吸光性能，当太阳光入射到钙钛矿上随即被吸收，光子的能量将原来束缚在原子核周围的电子激发，使其形成自由电子。由于物质整体上必须保持电中性，电子被激发后就会同时产生一个额外的带正电的对应物，物理学上将其称为空穴。

所述空穴传输层可由Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)、PEDOT：PSS(聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)或CuI(碘化亚铜)薄膜构成，通过旋涂、印刷空穴传输材料的分散液，并经干燥处理，形成空穴传输层。

所述电极催化层由一层形成在空穴传输层上的金属或非金属的催化材料薄膜构成，催化材料为Pt、Au、Ag或者炭黑，电极催化层通过溅射、蒸镀或者丝网印刷方法形成。

所述背接触孔洞是由激光、蚀刻、切割等方法制备而成，背接触孔洞贯穿单体的柔性基底以及导电层，所述背接触孔洞的孔洞形状为六边形、圆形、方形或五角形，孔洞内可以通过丝网印刷、蒸镀、溅射等方式填充导电材料，在孔洞位置贯穿连接单体的受光面和背光面。

单行电池首先采用串联连接，基底为柔性基底，具有可弯曲特性；将第一块单体的背接触孔洞(负极)与第二块单体的正极粘结，依此循环连接多片，形成串联连接后即为单行电池；最后将多个单行电池进行并联，单行电池之间采用正极和正极连接，背接触孔洞(负极)和背接触孔洞(负极)连接，仅需要两根连接导线即可将多片单体连接在一起。

在封装时，首先将混连组件电池装在电池保护层内，之后利用组件保护层将其保护起来，最后在四周添加外边框，以及在外边框内填充封装胶对混连组件电池进行封装，在封装时可以利用外边框将背接触孔洞所处区域密闭。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

混连组件电池中电路的连接形式设计合理，单体结构对混连组件电池的组件化利用具有独特的效果；采用混连组件电池，既可以减少连接导线，还可以降低混连组件电池的篇幅，同等面积下增加混连组件电池的受光面积；封装时将背接触孔洞区域封装至外边框中，达到美观性；混连组件电池不会降低电池的有效面积，而且混连组件电池的输出端电压电流均可达到一个比较理想的数值。

附图说明

图1为单体的剖面结构示意图；

图2为单体折叠后的正负极示意图；

图3为混连组件电池的剖面结构示意图；

图4为混连组件电池封装后的剖面结构示意图。

附图说明：基底1，导电层2，电子传输层3，光吸收层4，空穴传输层5，电极催化层6，背接触孔洞7，P1划线8，P2划线9，P3划线10，单体11，正极12，电池保护层13，组件保护层14，封装胶15，外边框16。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示：从受光面开始，所述单体包括从下而上依次设置的基底1、导电层2、电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5和电极催化层6；其中：

基底1为电池透光面的第一层，导电层2与基底1连接；

导电层2和基底1相对于上层的电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5和电极催化层6，延伸有空白区；

所述单体还包括背接触孔洞7，背接触孔洞7设于导电层2的负极区域，背接触孔洞7贯穿空白区的基底1和导电层2，背接触孔洞7内装有导电材料；

所述单体还包括P1划线8、P2划线9和P3划线10；所述P1划线8蚀刻导电层2，P2划线9蚀刻电子传输层3、光吸收层4和空穴传输层5，P3划线10蚀刻电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5和电极催化层6。

本实施例中所述单体的制备方法如下：

步骤1、选取PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)作为基底1，基底1具有柔性，对基底1进行切割，裁剪出合适的尺寸，尺寸大小和后续单体的制备工艺有关，本实施例中基底1的裁剪大小为100mm×110mm。

步骤2、利用去离子水、无水乙醇、丙酮等溶剂对基底1进行超声清洗，并采用磁控溅射方式在基底1上溅射均匀致密的导电层2，本实施例导电层2选用ITO，厚度为370nm。

步骤3、利用激光在导电层2上进行P1划线8蚀刻，P1划线8蚀刻要求激光仅对于导电层2进行蚀刻，每条线的间隔为10mm，线宽40μm，线条数9条，要避免损伤下层的基底1；打孔制备背接触孔洞7，将导电层2和基底1均打通，背接触孔洞7均匀分布于基底1的100mm×10mm范围内，孔洞形状选用六边形，可增加孔洞内填充的导电材料和孔洞的连接紧密性。

步骤4、对激光蚀刻P1划线8后的电池基片进行清洗，去除表面的灰尘以及碎渣残留，然后进行干燥和等离子清洗以增加材料的表面浸润性，接下来选用刮涂方式在基底1的100mm×100mm范围内做下一步操作，100mm×100mm和步骤3的100mm×10mm组合为100mm×110mm区域，两个区域互不干扰。采用刮涂法在100mm×100mm的范围内依次制备电子传输层3，电子传输层3选用SnO2或者TiO2、光吸收层4(三元钙钛矿层)、空穴传输层5；在制备完成后将电池基片进行激光P2划线9处理，P2划线9需要蚀刻电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5，但是不刻蚀下面的导电层2，单条P2划线9距离P1划线8位置为40μm，每条线宽为100μm，线条数为9条。

步骤5、对P2划线9激光蚀刻后的电池基片进行清洗，清洗后再在步骤4的电池基片上方利用蒸镀金的方式制备催化电极层，在制备完成后将电池基片再次进行激光P3划线10处理，P3划线10激光需要蚀刻电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5、电极催化层6，但是不刻蚀下面的导电层2，单条P3划线10距离P2划线9位置为40μm，每条线宽为25μm，线条数为9条。

步骤6、在背接触孔洞7的对应位置利用丝印的方式将低温银浆填充到背接触孔洞7的孔洞中。

以上即为制备单体的方法，将制备好的单体之间通过正负极相串联形成单行电池，单行电池之间通过并联形成混连组件电池。

单体具有柔性，可弯曲，如图2为折叠后的单体11，正极12位于单体11左端的上面，负极即为背接触孔洞7；如图3所示，将第一块单体11的背接触孔洞7(负极)与第二块单体11的正极12粘结，依此循环连接6片，形成串联连接后即为单行电池，最后将10行单行电池进行并联，单行电池之间采用正极12和正极12连接，背接触孔洞7(负极)和背接触孔洞7(负极)连接，仅需要两根连接导线即可将60片单体11连接在一起。

本实用新型还包括电池保护层13、组件保护层14和外边框16，所述混连组件电池装设于电池保护层13内；所述组件保护层14设于电池保护层13外；所述外边框16装设于组件保护层14的外周。

如图4所示，在封装时，首先将混连组件电池装在电池保护层13内，电池保护层13包括光伏前膜和光伏背板膜，之后利用组件保护层14将其保护起来，最后在四周添加外边框16，以及在外边框16内填充封装胶15对混连组件电池进行封装，在封装时可以利用外边框16将背接触孔洞7所处区域密闭。