在任意基底上制备光电器件的方法及光电器件与流程

本发明特别涉及一种在任意基底上制备光电器件的方法及光电器件，属于太阳能电池技术领域。

背景技术：

能源作为人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，它的改进和更替极大推进了人类社会的发展。太阳能作为一种可再生的清洁能源，不仅开发利用简单，而且使用不受地理环境的限制等优点，近年来，利用太阳能电池将太阳能转化为人类所需要的电能受到越来越多的关注。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在众多新型太阳能电池中备受瞩目，被《science》评选为2013年十大科学突破之一。

目前，钙钛矿电池的光电转化效率已经超过23％，然而采用的制备工艺主要是溶液旋涂、真空蒸镀，电池面积和衬底受到限制，材料浪费率高，适用范围窄，且无法应用于大面积器件的制备。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种在任意基底上制备光电器件的方法及光电器件，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种在任意基底上制备光电器件的方法，其包括：

利用第一掩膜板，并至少采用溶液法在任意基底上沉积形成透明导电层；

利用第一掩膜板，并至少采用喷涂方式在透明导电层上喷涂形成第一传输层；

利用第二掩膜板，并至少采用喷涂方式在第一传输层上形成光电转换层；

利用第三掩膜板，并至少采用喷涂方式在光电转换层上形成第二传输层；

利用第四掩膜板，并至少采用溶液法在第二传输层上沉积形成电极层。

在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：在第一传输层上形成两个以上间隔排列分布的光电转换层。

进一步的，所述的方法包括：至少采用喷涂的方式在任意两个光电转换层之间形成绝缘胶层。

进一步的，所述的方法还包括：至少采用喷涂的方式在透明导电层与电极层的两端部之间形成绝缘胶层。

在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：

1)利用第一掩膜板，并至少采用溶液法在任意基底上沉积形成透明导电层；

2)利用第一掩膜板，并至少采用喷涂方式在透明导电层上错位喷涂形成第一传输层，并使第一传输层的第四端部覆盖透明导电层的第二端部；

3)利用第二掩膜板，并至少采用喷涂方式在第一传输层上形成光电转换层，并使所述钙钛矿层的第六端部与第一传输层的第四端部齐平；

4)利用第三掩膜板，并至少采用喷涂方式在光电转换层上形成第二传输层，并使所述第二传输层的第七端部与光电转换层的第五端部齐平，并使所述第二传输层的第八端部覆盖光电转换层的第六端部、第一传输层的第四端部，

5)利用第四掩膜板，并至少采用溶液法在第二传输层上沉积形成电极层，并使电极层的第十端部覆盖第二传输层第八端部的部分区域；其中所述透明导电层的第二端部、第一传输层的第四端部、钙钛矿层的第六端部、第二传输层的第八端部和电极层的第十端部位于同一端。

进一步的，所述的方法包括：将第一掩膜板在所述透明导电层的上错位0.1-10cm后喷涂形成第一传输层。

进一步的，所述第二掩膜板的宽度小于第一掩膜板的宽度。

进一步的，所述第二掩膜板的宽度与第一掩膜板的宽度差为0.1-10cm。

进一步的，所述第三掩膜板的宽度大于第二掩膜板的宽度。

进一步的，所述第三掩膜板与第二掩膜板的宽度差为0.1-10cm。

进一步的，所述的方法包括：制作形成两个以上的光电器件，并使任一光电器件的电极层的第十端部与相邻光电器件的透明导电层的第一端部连接。

进一步的，所述的方法还包括：先对任意基底进行清洗或者在任意基底表面形成高分子材料涂层，之后再制作形成透明导电层。

进一步的，所述高分子材料涂层的材质包括环氧树脂、丙烯酸酯中的任意一种，但不限于此。

进一步的，所述的方法还包括：在电极层上制作紫外光固化胶封装层。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

本发明实施例还提供了一种并联结构的光电器件，其包括：依次叠层设置透明导电层、第一传输层、第二传输层和电极层，在所述第一传输层和第二传输层之间间隔排列设置有两个以上光电转换层。

进一步的，所述透明导电层与电极层之间无直接接触。

进一步的，在相邻两个钙钛矿层之间、透明导电层与电极层的两端部之间还设置有绝缘胶层。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

本发明实施例还提供了一种串联结构的光电器件，包括至少两个以串联形式连接的钙钛矿电池单元，每个所述钙钛矿电池单元包括依次叠层设置的透明导电层、第一传输层、光电转换层、第二传输层和电极层，所述透明导电层的第一端部延长伸出，第二端部被所述第一传输层的第四端部覆盖，所述第一传输层的第四端部以及光电转换层的第六端部被所述第二传输层的第八端部覆盖，所述第二传输层的第八端部的部分区域被所述电极层的第十端部覆盖；以及，串联连接的两个钙钛矿电池单元中一者的电极层的第十端部还与另一者的透明导电层连接；其中所述透明导电层的第二端部、第一传输层的第四端部、光电转换层的第六端部、第二传输层的第八端部和电极层的第十端部位于同一端。

进一步的，相邻两个钙钛矿电池单元中一者的电极层的第十端部位于另一者的透明导电层的上方。

进一步的，同一钙钛矿电池单元中的光电转换层与电极层无直接接触；相邻两个钙钛矿电池单元中一者的光电转换层与另一者的电极层无直接接触。

进一步的，所述第一传输层的第三端部距离透明导电层的第一端部的长度为0.1-10cm。

进一步的，所述光电转换层的第五端部距离第一传输层的第三端部的长度为0.1-10cm。

进一步的，所述光电转换层的第六端部与第一传输层的第四端部齐平。

进一步的，所述光电转换层的第五端部与第二传输层的第七端部齐平。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

与现有技术相比，本发明提供的在任意基底上制备光电器件的方法，采用喷涂法制作形成钙钛矿电池组件，喷涂法不受基底的大小、形状限制，能大规模的制备钙钛矿组件，充分将钙钛矿电池用于各个地方，更大效度的将光能转变成电能；并且采用喷涂法在任意基底上大面积制备透明钙钛矿组件，通过不同大小的掩膜板，在基底不规则的情况下，也可以分块制备钙钛矿组件，尽可能的用于不同材料、不同形状的基底上。

附图说明

图1是本发明实施例1中一种钙钛矿电池组件的结构示意图；

图2是本发明实施例2中一种钙钛矿电池组件的结构示意图；

图3是一种掩膜板的结构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供了1.一种在任意基底上制备光电器件的方法，其包括：

利用第一掩膜板，并至少采用溶液法在任意基底上沉积形成透明导电层；

利用第一掩膜板，并至少采用喷涂方式在透明导电层上喷涂形成第一传输层；

利用第二掩膜板，并至少采用喷涂方式在第一传输层上形成光电转换层；

利用第三掩膜板，并至少采用喷涂方式在光电转换层上形成第二传输层；

利用第四掩膜板，并至少采用溶液法在第二传输层上沉积形成电极层。

在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：在第一传输层上形成两个以上间隔排列分布的光电转换层。

进一步的，所述的方法包括：至少采用喷涂的方式在任意两个光电转换层之间形成绝缘胶层。

进一步的，所述的方法还包括：至少采用喷涂的方式在透明导电层与电极层的两端部之间形成绝缘胶层。

在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：

1)利用第一掩膜板，并至少采用溶液法在任意基底上沉积形成透明导电层；

2)利用第一掩膜板，并至少采用喷涂方式在透明导电层上错位喷涂形成第一传输层，并使第一传输层的第四端部覆盖透明导电层的第二端部；

3)利用第二掩膜板，并至少采用喷涂方式在第一传输层上形成光电转换层，并使所述钙钛矿层的第六端部与第一传输层的第四端部齐平；

4)利用第三掩膜板，并至少采用喷涂方式在光电转换层上形成第二传输层，并使所述第二传输层的第七端部与光电转换层的第五端部齐平，并使所述第二传输层的第八端部覆盖光电转换层的第六端部、第一传输层的第四端部，

5)利用第四掩膜板，并至少采用溶液法在第二传输层上沉积形成电极层，并使电极层的第十端部覆盖第二传输层第八端部的部分区域；其中所述透明导电层的第二端部、第一传输层的第四端部、钙钛矿层的第六端部、第二传输层的第八端部和电极层的第十端部位于同一端。

进一步的，所述的方法包括：将第一掩膜板在所述透明导电层的上错位0.1-10cm后喷涂形成第一传输层。

进一步的，所述第二掩膜板的宽度小于第一掩膜板的宽度。

进一步的，所述第二掩膜板的宽度与第一掩膜板的宽度差为0.1-10cm。

进一步的，所述第三掩膜板的宽度大于第二掩膜板的宽度。

进一步的，所述第三掩膜板与第二掩膜板的宽度差为0.1-10cm。

进一步的，所述的方法包括：制作形成两个以上的光电器件，并使任一光电器件的电极层的第十端部与相邻光电器件的透明导电层的第一端部连接。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

本发明实施例还提供了一种并联结构的光电器件，其包括：依次叠层设置透明导电层、第一传输层、第二传输层和电极层，在所述第一传输层和第二传输层之间间隔排列设置有两个以上光电转换层。

进一步的，所述透明导电层与电极层之间无直接接触。

进一步的，在相邻两个钙钛矿层之间、透明导电层与电极层的两端部之间还设置有绝缘胶层。

进一步的，所述的方法还包括：先对任意基底进行清洗或者在任意基底表面形成高分子材料涂层，之后再制作形成透明导电层。

进一步的，所述高分子材料涂层的材质包括环氧树脂、丙烯酸酯中的任意一种，但不限于此。

进一步的，所述的方法还包括：在电极层上制作紫外光固化胶封装层。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

本发明实施例还提供了一种串联结构的光电器件，包括至少两个以串联形式连接的钙钛矿电池单元，每个所述钙钛矿电池单元包括依次叠层设置的透明导电层、第一传输层、光电转换层、第二传输层和电极层，所述透明导电层的第一端部延长伸出，第二端部被所述第一传输层的第四端部覆盖，所述第一传输层的第四端部以及光电转换层的第六端部被所述第二传输层的第八端部覆盖，所述第二传输层的第八端部的部分区域被所述电极层的第十端部覆盖；以及，串联连接的两个钙钛矿电池单元中一者的电极层的第十端部还与另一者的透明导电层连接；其中所述透明导电层的第二端部、第一传输层的第四端部、光电转换层的第六端部、第二传输层的第八端部和电极层的第十端部位于同一端。

进一步的，相邻两个钙钛矿电池单元中一者的电极层的第十端部位于另一者的透明导电层的上方。

进一步的，同一钙钛矿电池单元中的光电转换层与电极层无直接接触；相邻两个钙钛矿电池单元中一者的光电转换层与另一者的电极层无直接接触。

进一步的，所述第一传输层的第三端部距离透明导电层的第一端部的长度为0.1-10cm。

进一步的，所述光电转换层的第五端部距离第一传输层的第三端部的长度为0.1-10cm。

进一步的，所述光电转换层的第六端部与第一传输层的第四端部齐平。

进一步的，所述光电转换层的第五端部与第二传输层的第七端部齐平。

进一步的，所述光电器件为钙钛矿电池，所述光电转换层为钙钛矿层。

如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

实施例1

一种钙钛矿电池组件，其包括至少两个以串联形式连接的钙钛矿电池单元，每个所述钙钛矿电池单元包括依次叠层设置的透明导电层010/011、第一传输层020/021、钙钛矿层030/031、第二传输层040/041和电极层050/051，透明导电层010/011的两端部分别为第一端部和第二端部，第一传输层020/021的两端部分别为第三端部和第四端部，钙钛矿层030/031的两端部分别为第五端部和第六端部，第二传输层040/041的两端部分别为第七端部和第八端部，电极层050/051的两端部分别为第九端部和第十端部，透明导电层的第二端部、第一传输层的第四端部、钙钛矿层的第六端部、第二传输层的第八端部和电极层的第十端部位于同一端；其中，所述透明导电层010/011的第一端部延长伸出，第二端部被所述第一传输层020/021的第四端部覆盖，所述第一传输层020/021的第四端部以及钙钛矿层030/031的第六端部被所述第二传输层040/041的第八端部覆盖，所述第二传输层040/041的第八端部的部分区域被所述电极层050/051的第十端部覆盖；以及，串联连接的两个钙钛矿电池单元中一者的电极层050的第十端部还与另一者的透明导电层011连接(具体可参阅图1，连接处为透明导电层011的延长伸出区域)，串联连接的两个钙钛矿电池单元中一者的电极层050的第十端部位于另一者的透明导电层011的上方，同一钙钛矿电池单元中的钙钛矿层与电极层无直接接触；串联连接的两个钙钛矿电池单元中一者的钙钛矿层031与另一者的电极层050无直接接触。

具体的，一种钙钛矿串联组件的实施方法可以包括：利用掩膜板一在任意基底(例如墙面、屋顶、车体等)上采用溶液法沉积形成透明导电层010/011；将掩膜板一错位0.1-10厘米后，喷涂形成第一传输层020/021；使用比掩膜板一宽度小0.1-10厘米的掩膜板二喷涂形成钙钛矿层030/031，钙钛矿层030/031的第四端部与第一传输层020/021对齐；使用比掩膜板二宽度大0.1-10厘米的掩膜板三，在钙钛矿层030/031上采用低温喷涂法形成第二传输层040/041，第二传输层040/041的第七端部与钙钛矿层030/031的第五端部齐平；使用掩膜板四采用溶液法制备形成电极层(或称之为透明电极)050/051，第二传输层040/041将钙钛矿层030/031与电极层050/051隔绝，电极层050与透明导电层011接触形成串联电池，同时要避免电极层050与钙钛矿层031接触而导致短路；以及，还可以在电极层上层用紫外光固化胶封装，使钙钛矿电池组件的使用寿命更长。

实施例2

一种钙钛矿电池组件，其包括：依次叠层设置底电极(或称之为透明导电层)060、第一传输层070、第二传输层071和顶电极(即电极层，下同)061，在所述第一传输层070和第二传输层071之间还间隔排列设置有钙钛矿层080、钙钛矿层081，所述钙钛矿层080、081均与第一传输层070和第二传输层071连接，在钙钛矿层080、钙钛矿层081之间设置有绝缘胶层091，以及，在所述钙钛矿电池组件的两端端部还分别设置有绝缘胶层090、绝缘胶层091，绝缘胶层090、绝缘胶层091位于顶电极061和底电极060之间。

具体的，一种钙钛矿并联组件的制作方法，采用溶液法在任意基底上沉积形成的透明导电层(即所述底电极)060；使用掩膜板五在透明导电层上采用喷涂的方式制作形成第一传输层070；使用掩膜板六在第一传输层070上采用喷涂的方式制作形成间隔排列设置的钙钛矿层080、钙钛矿层081；使掩膜板六采用喷涂的方式在钙钛矿层080、钙钛矿层081之间制作形成绝缘胶层091；使用掩膜板五在透钙钛矿层080、钙钛矿层081上采用喷涂的方式制作形成第二传输层071，采用喷涂的方式在第一传输层070、第二传输层071、钙钛矿层080、钙钛矿层081的端部制作形成绝缘胶层090、绝缘胶层092，采用溶液法在第二传输层071、绝缘胶层090、绝缘胶层092上制作形成顶电极061，绝缘胶层090、绝缘胶层092用于阻隔顶电极061与底电极060的接触；另外，还可以在顶电极上层用紫外光固化胶封装，使钙钛矿器件使用寿命更长。

该并联结构适合特殊曲面、折角拐弯基底，或者需要特殊装饰性质的墙面等，通过调节掩模板的面积和090/091/092绝缘胶层的面积，可以调节电池的分布，错开一些折角等位置，或者形成各种有序的图案；以及，若是不受基底形状限制，亦可去除090/091/092绝缘胶，形成连续不间断的钙钛矿层。

需要说明的是，本发明实施例1和实施例2中组成钙钛矿电池组件的各结构层的材质可以是本领域技术人员公知的材料，各结构层的厚度等参数可以由具体情况确定，采的喷涂法、溶液法中的具体参数和实施方式可以参照现有的实施方式，并根据具体情况调整，在此不再赘述，其中使用的掩膜板的材质不作具体要求，其结构可以参阅图3所示，也可以根据具体情况自行制作调整。

与现有技术相比，本发明提供的在任意基底上制备光电器件的方法，采用喷涂法制作形成钙钛矿电池组件，喷涂法不受基底的大小、形状限制，能大规模的制备钙钛矿组件，充分将钙钛矿电池用于各个地方，更大效度的将光能转变成电能；并且采用喷涂法在任意基底上大面积制备透明钙钛矿组件，通过不同大小的掩膜板，在基底不规则的情况下，也可以分块制备钙钛矿组件，尽可能的用于不同材料、不同形状的基底上。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。