本发明属于太阳能电池领域，更具体地，涉及一种太阳能电池模组及其制作方法。
背景技术：
煤、石油、天然气等传统能源的逐渐耗尽及燃烧传统能源对环境造成了很大的污染，打破地球生态平衡，导致近年来气候异常，重大自然灾害频发。因此，这迫使人们寻找清洁的可再生的能源。其中太阳能因具有清洁、取之不尽、用之不竭等特点，是绿色能源的代表,受到人们的广泛关注。
目前，最高的无机硅基太阳能电池效率达到24％，逐渐接近于理论上限30％。但是在市场化方面，无机太阳能电池的产量总量不及全球能量总量的0.1％。这是主要由于无机太阳能电池的制造条件苛刻，生产成本高。无机太阳能电池的非柔韧性和不易加工等缺点限制了其大面积的应用。
有机聚合物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池因其具有材料来源广泛、重量轻、制备工艺简单(可通过旋途、喷墨打印等方法成膜)、柔性等优良特点而成为人们近年来研究的热点，经过近这些年的发展，目前实验室小面积的有机太阳能电池的能量转换效率已超过10％，钙钛矿太阳能电池已超过20％。
然而，当把太阳能电池面积做大时，受串联电阻的增加和电池短路的影响，电池效率会有很大的损失。制作太阳能电池模组是一种有效的降低串联电阻的有效方法，由于模组中单个子电池面积小，单个子电池短路对整个电路影响也要小。但是传统的太阳能电池模组中，两子电池连接需要占用有效面积，致使实际发生光生电有效活性区域面积减少。另外传统的模组需要精度较高的激光器切割，对仪器设备要求极高。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳能电池模组及其制作方法，其通过在太阳能电池模组中将极性相反的子电极串联连接，且任意相邻的子电池顶电极或底电极直接相连，界面层和光活性层无需切割，由此解决现有技术中的太阳能电池模组两子电池连接需要占用有效面积，致使实际发生光生电有效活性区域面积减少的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池模组，包括若干个串联的子电池，所述子电池自下而上依次包括底电极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和顶电极，在该太阳能电池模组的串联电路上任意两个相邻的子电池的极性相反；在串联电路上任意两个相邻的子电池的底电极直接连接，或顶电极直接连接，且
如果任意一对相邻的子电池的底电极直接连接，那么其紧邻的一对相邻的子电池的顶电极直接连接；或
如果任意一对相邻的子电池的顶电极直接连接，那么其紧邻的一对相邻的子电池的底电极直接连接。
优选地，所述太阳能电池模组包括图案化的底电极和图案化的顶电极，所述图案化的底电极包括若干个等间距排列的底电极单元，所述底电极单元包括两个面积相同的底电极块，所述两个底电极块通过第一连接块相连接，构成第一Z字型底电极单元，所述第一连接块与所述底电极选材相同；所述图案化的顶电极包括若干个等间距排列的顶电极单元，所述顶电极单元包括两个面积相同的顶电极块，所述两个顶电极块通过第二连接块相连接，构成第二Z字型顶电极单元，所述第二连接块与所述顶电极选材相同；所述第一Z字型与所述第二Z字型互为镜像相反；所述图案化的底电极和图案化的顶电极中底电极单元之间的距离与顶电极单元之间的距离相等。
优选地，所述图案化的底电极和图案化的顶电极中底电极单元之间的距离与顶电极单元之间的距离相等，均优选不大于1mm。
优选地，所述光活性层覆盖整个所述电池模组的基底，其为一次连续工艺完成，无需切割。
优选地，所述底电极或顶电极的材料选自ITO、FTO或金属电极。
优选地，所述电子传输层和所述空穴传输层的材料各自独立地选自金属氧化物、金属卤化物或有机高分子。
优选地，所述光活性层为有机半导体异质结或有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜；其中所述有机半导体异质结包括二元相(给体-受体)或者多元相(多个给体-多个受体)；所述有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜为(RNH3)AXnY3-n,其中R为烷基链CmH2m+1，m为1至6的整数，n的取值范围为0至3之间，A为Pb或Sn；X和Y各自独立地为卤素元素Cl、Br和I中的一种。
按照本发明的另一个方面，提供了一种太阳能电池模组的制备方法，包括如下步骤：
(1)在基底上制备图案化的底电极；所述图案化的底电极包括若干个等间距排列的底电极单元，所述底电极单元包括两个面积相同的底电极块，所述两个底电极块通过第一连接块相连接后构成第一Z字型底电极单元；
(2)在步骤(1)所述等间距排列的底电极单元的第一连接块两侧分别涂覆电子传输层和空穴传输层；使所述电子传输层覆盖在所述第一连接块一侧的底电极块上，所述空穴传输层覆盖在所述第一连接块另一侧的底电极块上；
(3)在步骤(2)所述电子传输层和空穴传输层表面涂覆光活性层；
(4)在步骤(3)所述光活性层的表面、步骤(2)所述空穴传输层的正上方涂覆电子传输层，在步骤(3)所述光活性层表面、步骤(2)所述电子传输层的正上方涂覆空穴传输层；
(5)在步骤(4)所述电子传输层和所述空穴传输层上制备图案化的顶电极；所述图案化的顶电极包括若干个等间距排列的顶电极单元，所述顶电极单元包括两个面积相同的顶电极块，且所述两个顶电极块通过第二连接块相连接后构成第二Z字型；所述第一Z字型与所述第二Z字型互为镜像相反，即获得所述太阳能电池模组，电流在所述太阳能电池模组中为锯齿状流向。
优选地，步骤(2)和步骤(4)所述涂覆具体方式为旋涂、磁控溅射、丝网印刷或蒸镀。
优选地，步骤(5)所述图案化的顶电极具体制备方法为蒸镀或丝网印刷而成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提出的一种太阳能电池模组，在串联电路上任意两个相邻的子电池的极性相反；在串联电路上任意两个相邻的子电池的底电极直接连接，或顶电极直接连接，消除两电极的接触电阻来降低串联电阻。与传统的模组相比，减少了顶电极与底电极接触处对光电流无贡献的无效面积。
(2)本发明的太阳能电池模组底电极或顶电极的图案为紧密排列的Z字型，最大程度地节省空间，空间利用率很高。
(3)本发明太阳能电池模组的制备工艺简单，界面层(电子传输层和空穴传输层)和活性层均无需激光切割，大大减少了工艺上的复杂程度。
(4)本发明提出的太阳能模组电池可沿平面两个维度无限延伸排列，更适合制作大面积电池。
附图说明
图1是本发明提供的太阳能电池模组的内部构造示意图；
图2是本发明提供的太阳能电池模组的制备工艺流程图；
图3是本发明实施例1制备的8节有机太阳能电池模组的电流电压曲线；
图4是本发明的太阳能电池模组电流流向示意图；
图5是本发明的4节太阳能电池模组结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-衬底；2-图案化的底电极；21-底电极块；22-第一连接块；3-电子传输层；4-空穴传输层；5-光活性层；6-图案化的顶电极，61-顶电极块；62-第二连接块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种太阳能电池模组，包括若干个串联的子电池，子电池自下而上依次包括底电极、电子传输层(electron transporting layer简写为ETL)、光活性层(active layer)、空穴传输层(hole transporting layer简写为HTL)和顶电极，在串联电路上任意两个相邻的子电池的极性相反；在串联电路上任意两个相邻的子电池的底电极直接连接，或顶电极直接连接，且如果任意一对相邻的子电池的底电极直接连接，那么其紧邻的一对相邻的子电池的顶电极直接连接；或如果任意一对相邻的子电池的顶电极直接连接，那么其紧邻的一对相邻的子电池的底电极直接连接。
该太阳能电池模组包括图案化的底电极和图案化的顶电极，所述图案化的底电极包括若干个等间距紧密排列的底电极单元，所述底电极单元包括两个面积相同的底电极块，所述两个底电极块通过第一连接块相连接，构成第一Z字型底电极单元，第一连接块与底电极选材相同；所述图案化的顶电极包括若干个等间距紧密排列的顶电极单元，所述顶电极单元包括两个顶电极块，所述两个顶电极块通过第二连接块相连接，构成第二Z字型，所述第二连接块与所述顶电极单元选用的材料相同；所述第一Z字型与所述第二Z字型互为镜像相反；所述底电极单元或所述顶电极单元之间的距离相等，均优选不大于1毫米，这样可以保证较高的空间利用率。光活性层覆盖整个所述电池模组的基底，其为一次连续工艺完成，无需切割。该太阳能电池模组中包含位于同一水平面上的电子传输层和空穴传输层，且所述电子传输层和所述空穴传输层之间直接相接触，所述电子传输层和所述空穴传输层呈一条条相间排列的条纹状。所述底电极或顶电极的材料选自ITO、FTO或金属电极，第一连接块的材料为底电极材料，第二连接块的材料为顶电极材料，目的是使得两电极块电路相连通，有电流通过。所述电子传输层的材料选自金属氧化物、金属卤化物或有机高分子。所述光活性层为有机半导体异质结或有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜；其中所述有机半导体异质结包括二元相(给体-受体)或者多元相(多个给体-多个受体)；所述有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜为(RNH3)AXnY3-n,其中R为烷基链CmH2m+1；A为Pb或Sn；X和Y各自独立地为卤素元素Cl、Br和I中的一种，m为1至6的整数，n的取值范围为0至3之间，空穴传输层的材料选自金属氧化物、金属卤化物或有机高分子。
本发明提供了一种太阳能电池模组的制备方法，包括如下步骤：
(1)在衬底上制备图案化的底电极；图案化的底电极包括若干个等间距紧密排列的底电极单元，所述底电极单元包括两个底电极块，两个底电极块通过第一连接块相连接，构成第一Z字型底电极单元，若干个等间距排列的第一Z字型底电极单元即为所述图案化的底电极，第一连接块选用的材料和底电极选用的材料相同；底电极单元之间的距离优选不大于1毫米；底电极的衬底可以是玻璃、聚醚砜树脂(PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，底电极可以是导电玻璃(ITO及FTO)，或是镀的金属，或是刮涂的金属纳米线，或是印刷的导电高分子。
(2)在步骤(1)的图案化的底电极表面涂覆电子传输层和空穴传输层，所述电子传输层覆盖所述若干个等间距排列的第一Z字型底电极单元中同一侧的底电极块，空穴传输层覆盖所述若干个等间距排列的第一Z字型底电极单元中另一测的底电极块；电子传输层和空穴传输层之间可以直接接触，也可以有缝隙。涂覆具体方式为旋涂、磁控溅射、丝网印刷或蒸镀。太阳能电池模组中电子传输层材料为金属氧化物、金属卤化物或有机高分子，通过旋涂、磁控溅射、丝网印刷或者蒸镀制膜而成。空穴传输层为金属氧化物、金属卤化物或有机高分子，通过旋涂、磁控溅射、丝网印刷或者蒸镀制膜而成。
(3)在步骤(2)所述电子传输层和空穴传输层所在的整个基底表面涂覆光活性层；太阳能电池模组中光活性层为有机半导体异质结或有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜。其中有机半导体异质结包括二元相(给体-受体)或者多元相(多个给体-多个受体)；有机-无机杂化钙钛矿型结构薄膜为(RNH3)AXnY3-n,其中R为烷基链CmH2m+1，m为1至6的整数，n的取值范围为0至3之间，A为Pb或Sn；X、Y分别为卤素元素Cl、Br和I中的一种。光活性层通过旋涂、磁控溅射、丝网印刷、滴涂、刮涂或者蒸镀而成，光活性层铺满整个电池模组的基底。
(4)在步骤(3)所述光活性层的表面、步骤(2)所述空穴传输层的正上方涂覆电子传输层，在步骤(3)所述光活性层表面、步骤(2)所述电子传输层的正上方涂覆空穴传输层；涂覆具体方式为旋涂、磁控溅射、丝网印刷或蒸镀。
(5)通过旋涂、磁控溅射、丝网印刷或者蒸镀在步骤(3)所述的空穴传输层和电子传输层表面制备图案化的顶电极；所述图案化的顶电极包括若干个等间距紧密排列的顶电极单元，所述顶电极单元包括两个面积相同的顶电极块，两个顶电极块通过第二连接块相连接，构成第二Z字型，也可称之反“Z”字型，所述顶电极单元之间的距离与步骤(1)所述底电极单元之间的距离相等，均优选不大于1毫米，所述第一Z字型与所述第二Z字型互为镜像相反，太阳能电池模组中顶电极材料为金属单质、金属氧化物、金属卤化物或有机高分子，第二连接块选用的材料和顶电极材料相同，制备好顶电极后即获得所述太阳能电池模组，电流在所述太阳能电池模组中为锯齿状流向。
本发明提出的太阳能电池模组中电极、界面层以及活性层的厚度为常规太阳能电池通常选择的厚度范围。
本发明公开了一种太阳能电池模组及其制作方法，其可以为有机太阳能电池模组或钙钛矿太阳能电池模组。该太阳能电池模组的顶电极和底电极图案化，光活性层覆盖整个基底。相邻太阳能子电池结构相反，极性相反，电流呈“锯齿型”流向，可沿平面两个维度无限延伸排列，电子传输层和空穴传输层的图案呈一条条相间排列的横条纹。同时，本发明还公布了制备钙钛矿太阳能电池模组及有机太阳能电池模组的方法。此模组可有效减少用于连接子电池的中间无效面积，提高模组的空间填充因子。同时也消除了上下电极的接触电阻，进一步提升电池的性能。本发明的电池结构对实现高效大面积太阳能电池提供了潜在的可能。
以下为实施例：
实施例1
本实施例提供的太阳能电池模组，其内部构造示意图，如图1所示，1-衬底；2-图案化的底电极；21-底电极块；22-第一连接块；3-电子传输层；4-空穴传输层；5-光活性层；6-图案化的顶电极，61-顶电极块；62-第二连接块；自下而上依次为：
图案化的底电极：位于衬底上的等间距紧密排列的呈第一Z字型的底电极单元，每一个底电极单元由两块底电极块以及连接该两个电极块的第一连接块组成，两个底电极块相连通且构成第一Z字型；
第一界面层：包括空穴传输层和电子传输层，电子传输层和空穴传输层直接接触且分别覆盖在第一Z字型底电极单元的第一连接块的两侧，使得第一连接块一侧的底电极块由电子传输层覆盖，另一测的底电极块由空穴传输层覆盖；
光学活性层：光学活性层覆盖在整个基底表面上，一次工艺加工完成；
第二界面层：包括空穴传输层和电子传输层，空穴传输层HTL和电子传输层ETL直接接触且分别位于“Z”字型横向中心线两侧，每一侧对应覆盖同一侧的电极块；第二界面层的空穴传输层位于第一界面层的电子传输层的正下方，第二界面层的电子传输层位于第一界面层的空穴传输层的正下方。
图案化的顶电极：等间距紧密排列的呈反“Z”字型的顶电极单元，每一个顶电极单元由两块底电极组成，两个顶电极块通过第二连接块相连通且构成第二Z字型即反“Z”字型，第一Z字型和第二Z字型互为镜像相反。
本实施例的太阳能电池模组制备工艺如图2所示，其中，
底电极为ITO玻璃刻蚀而成，图案呈“Z”字型(称其为第一Z字型)等间距排列，位于衬底上的等间距紧密排列的呈第一Z字型的底电极单元为图案化的底电极，底电极单元的间距为1毫米，每一个底电极单元由两块底电极块以及连接该两个电极块的第一连接块组成，两个底电极块相连通且构成第一Z字型。
制备第一界面层：第一界面层包括空穴传输层和电子传输层，该太阳能电池模组中，第一行子电池(第一连接块一侧的底电极块组成的一行子电池)采用旋涂PEDOT:PSS(4083)，使其均匀地在基底上形成一层30nm左右空穴传输层。第二行子电池(第一连接块另一测对应的底电极块组成的一行子电池)采用印刷溶胶凝胶法的氧化锌溶液，形成40nm左右的导电子的氧化锌薄膜，即电子传输层。电子传输层和空穴传输层直接接触且分别覆盖在第一Z字型底电极单元的第一连接块的两侧，使得第一连接块一侧的底电极块由电子传输层覆盖，另一测的底电极块由空穴传输层覆盖。
光活性层采用旋涂的方法，将有机光点材料(PBDB-T-2F:ITIC-4F)氯苯溶液旋涂在界面层上。此光活性层厚度约为100nm,无需图案化处理。
制备第二界面层：在光活性层表面，第一界面层的空穴传输层的正上方采用印刷溶胶凝胶法的氧化锌溶液，形成40nm左右的导电子的氧化锌薄膜，得到第二界面层的电子传输层；在光活性层表面，第一界面层的电子传输层的正上方采用旋涂PEDOT:PSS(4083)，使其均匀地在基底上形成一层30nm左右的空穴传输层，即为第二界面层的空穴传输层。
顶电极图案如图4所示，顶电极采用蒸镀的方法，第一行子电池上印刷PFN-Br,可以有效的导出电子，为正式有机太阳能电池结构。下面一行子电池上蒸镀高功函数的金属氧化物MoO3，然后蒸镀金属Ag，为反式有机太阳能电池结构。
每一横向排列的各子电池的电极未直接接触，均与其纵向对应的极性相反的电池的电极相连。整个电路中，电流流动方向呈锯齿型。利用本实施例制备工艺制备有机太阳能电池模组包括8个子电池，8个子电池串联开路电压Voc＝6.96V，短路电流Isc＝3.86mA，填充因子FF＝68.1％，效率PCE＝9.46％，如图3所示。本发明的太阳能电池模组具有以下优点：(1)光活性层覆盖整个基底，无需激光切割，减小了工艺难度；(2)相邻电池结构相反，电极之间串联电阻大大减小；(3)模组电池可沿平面两个维度无限延伸排列，更适合制作大面积电池。
本发明制备的太阳能电池模组相邻太阳能子电池结构相反，极性相反，电流呈“锯齿型”流向，可沿平面两个维度无限延伸排列，根据需要制备成多行多列的图案化底电极，相应地按照上述制备工艺思路，可以得到如图4所示的太阳能电池模组俯视示意图，其中白色代表反式结构电池，黑色代表正式结构电池，为了方便理解，图中相邻电池之间的连接没有画出，折线代表了电流在模组电池中的流向。
图5为本发明的4节太阳能电池模组结构示意图，可以看出任意相邻的两个子电池顶电极直接相连或底电极直接相连，空穴传输层和电子传输层直接接触，相间排列，如此构成的太阳能电池模组中电流方向为锯齿状流向。
实施例2
本实施例中，底电极为ITO玻璃刻蚀而成，图案呈“Z”字型排成一行。
太阳能电池模组中，下面的空穴传输层采用旋涂的工艺，在基底上涂一条氧化镍前驱体溶液，然后放置热台上烧结成致密的氧化镍薄膜。此薄膜作阻挡电子，收集空穴用。
太阳能电池模组中，下面的电子传输层采用旋涂的工艺，先旋涂一层PEIE水溶液，随后旋涂一层CTAB:PCBM的氯仿溶液，形成2层薄膜用于收集电子，阻挡空穴。
太阳能电池模组中，光活性层采用旋涂钙钛矿的溶液，然后经过100℃的烧结，形成一层200nm左右的光吸收层。
上层的空穴传输层和电子传输层同样采用旋涂工艺，在基底两边分别旋涂Spiro和CTAB:PCBM。
顶电极采用真空蒸镀，用预先准备好图案化的mask蒸镀一层300nm左右的Ag。
实施例3
本实施例中，底电极为FTO玻璃刻蚀而成，图案呈“Z”字型排成多行。
太阳能电池模组中，电子传输层采用喷涂的工艺，在基底上涂一条条二氧化钛前驱体溶液，然后放置马弗炉中烧结成致密的二氧化钛薄膜。此薄膜作阻挡空穴，收集电子用。
太阳能电池模组中，空穴传输层采用喷涂的工艺，在基底上涂一条条氧化镍前驱体溶液，然后放置热台上烧结成致密的氧化镍薄膜。此薄膜作阻挡电子，收集空穴用。
太阳能电池模组中，光活性层采用印刷钙钛矿的分散液，然后经过100℃的烧结，形成一层200nm-500nm光吸收层。然后在钙钛矿薄膜上再印刷一层有机异质节溶液，增强光的吸收。
顶电极采用蒸镀的方法，基数行子电池上蒸镀低功函数的金属Ca,可以有效的导出电子，为反式钙钛矿太阳能电池结构。偶数行子电池上蒸镀高功函数的金属氧化物MoO3，然后蒸镀金属Ag，为正式钙钛矿太阳能电池结构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。