一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件及制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件及制备方法。

背景技术：

作为第一代太阳能电池，晶硅电池经过数十年的技术革新，其量产效率不断提升，目前实验室规模的晶硅电池转换效率已经达到26.6%，不断接近其29.4%的转化效率极限。为了突破光电转换效率，目前研究学者已经将目光转移到叠层电池。钙钛矿电池发展10年以来，其光电转换效率从3.8%快速提升至25.2%。廉价、高效、对缺陷的容忍性好成为了钙钛矿的显著标签。钙钛矿作为一种有机无机混合材料，可以通过离子替换的方法使其带隙在1.4到2.3ev之间灵活调节，使它成为非常理想的叠层电池子电池材料。

目前钙钛矿/晶硅叠层电池常用的两种结构为2端叠层以及4端叠层结构，虽然2端结构的叠层电池能够取得更高的光电转换效率，但其结构复杂，无论是隧道复合层的制备还是叠层电池的长期可靠性，在目前的条件下都不具备量产的价值，而4端结构的叠层电池目前面临着效率低，稳定性差的缺点。叠层组件在室外工作的条件下，钙钛矿子电池由于其材料特性决定会先于硅电池发生快速衰减，而钙钛矿子电池发生分解后，4端叠层电池便会发生断路，最终导致整个叠层电池的失效。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：传统4端钙钛矿/晶硅叠层电池效率低、稳定性差的问题。

本发明解决该技术问题采用的技术方案是：

一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件，其特征在于：包括多个钙钛矿电池、多个位于所述钙钛矿电池下方的晶硅电池，所述钙钛矿电池设有正电极一、负电极一，多个所述钙钛矿电池的所述正电极一、所述负电极一相互串联形成钙钛矿电池组，所述晶硅电池设有正电极二、负电极二，多个所述晶硅电池的所述正电极二、所述负电极二相互串联形成晶硅电池组，所述钙钛矿电池组两端分别设有一个正电极端子一、负电极端子一，所述晶硅电池组两端分别设有一个正电极端子二、负电极端子二。

作为优选，所述钙钛矿电池为多层结构，所述钙钛矿电池依次从下到上分别为透明基底层、透明导电薄膜层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、缓冲层、透明导电电极层、减反层。

作为优选，所述透明导电薄膜层上设有供所述电子传输层嵌入的激光划线切割槽一，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层、所述空穴传输层上设有相互贯通供所述缓冲层嵌入的激光划线切割槽二，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层、所述空穴传输层、所述缓冲层、所述透明导电电极层、所述减反层上设有相互贯通的激光划线切割槽三。

一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件的制备方法，其特征在于：将多个所述钙钛矿电池放在多个晶硅电池上方进行机械叠层，将多个所述钙钛矿电池串联，形成钙钛矿电池组，将多个所述晶硅电池相互串联形成晶硅电池组，所述钙钛矿电池组两端分别设有一个正电极端子一、负电极端子一，所述晶硅电池组两端分别设有一个正电极端子二、负电极端子二，得到四端钙钛矿与晶硅叠层组件成品。

作为优选，所述钙钛矿电池组的面积与所述晶硅电池组的面积相同。

作为优选，所述钙钛矿电池的制备方法包括以下步骤；

步骤一，在透明基底层上沉积透明导电薄膜层；

步骤二，采用激光在所述透明导电薄膜层上进行第一次激光划线切割；

步骤三，依次采用去离子水、丙酮、乙醇清洗，再经氧等离子清洗机清洗得到干净的透明导电衬底；

步骤四，在所述透明导电薄膜层上沉积电子传输层；

步骤五，在所述电子传输层基底上沉积钙钛矿吸收层；

步骤六，在所述钙钛矿吸收层上沉积空穴传输层；

步骤七，采用激光在所述空穴传输层上进行第二次激光划线切割；

步骤八，在所述空穴传输层上连续沉积缓冲层、透明导电电极层、减反层；

步骤九，采用激光在所述减反层上进行第三次激光划线切割。

作为优选，所述第二次激光划线切割过程中激光在不划断所述透明导电基底的条件下，将所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层、所述空穴传输层划断。

作为优选，所述第三次激光划线切割过程中激光在不划断所述透明导电基底的条件下，将所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层、所述空穴传输层、所述缓冲层、所述透明导电电极层、所述减反层划断。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件及制备方法，通过调整透明导电电极的结构以及叠层电池的串联方式达到了提升叠层组件效率及稳定性的目的。采用独立串联结构的四端叠层组件在户外工作的条件下，当钙钛矿电池率先发生分解后，该结构能够使晶硅电池继续工作，从而避免了整个叠层组件失效，一定程度上提升了组件的长期可靠性。钙钛矿电池的缓冲层/透明导电电极层/减反层“三明治结构”工艺简单，效率提升显著，先在空穴传输层上面连续沉积缓冲层、透明导电电极层、减反层，整个电极可以一次性连续成膜，减小反射，提升光子利用率。

附图说明

图1是本发明实施例四端钙钛矿与晶硅叠层组件结构示意图。

图2是本发明实施例钙钛矿电池结构示意图。

图3是本发明实施例钙钛矿电池j-v曲线示意图。

图中：1.钙钛矿电池；2.晶硅电池；3.正电极一；4.负电极一；5.正电极二；6.负电极二；7.正电极端子一；8.负电极端子一；9.正电极端子二；10.负电极端子二；11.电极引线；12.透明基底层；13.透明导电薄膜层；14.电子传输层；15.钙钛矿吸收层；16.空穴传输层；17.缓冲层；18.透明导电电极层；19.减反层；20.激光划线切割槽一；21.激光划线切割槽二；22.激光划线切割槽三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1，一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件，包括多个钙钛矿电池1、多个位于钙钛矿电池1下方的晶硅电池2，钙钛矿电池1设有正电极一3、负电极一4，多个钙钛矿电池1的正电极一3、所述负电极一4相互串联形成钙钛矿电池组，晶硅电池2设有正电极二5、负电极二6，多个晶硅电池2的正电极二5、负电极二6相互串联形成晶硅电池组，钙钛矿电池组两端分别设有一个正电极端子一7、负电极端子一8，晶硅电池组两端分别设有一个正电极端子二9、负电极端子二10，钙钛矿电池组的面积与晶硅电池组的面积相同。

如图2，钙钛矿电池1为多层结构，钙钛矿电池依次从下到上分别为透明基底层12、透明导电薄膜层13、电子传输层14、钙钛矿吸收层15、空穴传输层16、缓冲层17、透明导电电极层18、减反层19。透明导电薄膜层13上设有供电子传输层14嵌入的激光划线切割槽一20，电子传输层14、钙钛矿吸收层15、空穴传输层16上设有相互贯通供缓冲层17嵌入的激光划线切割槽二21，电子传输层14、钙钛矿吸收层15、空穴传输层16、缓冲层17、透明导电电极层18、减反层19上设有相互贯通的激光划线切割槽三22。

晶硅电池2的结构为perc、shj、ibc、hit中的至少一种；

透明基底层12的材料为玻璃、pet聚对苯二甲酸乙二醇酯、pen聚萘苯二甲酸乙二醇酯、pmma聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

透明导电薄膜层13的材料为fto氟掺氧化锡、ito铟掺氧化锡、azo铝掺氧化锌、ato铝掺氧化锡、igo铟掺氧化鎵中的至少一种；

电子传输层14的材料为sno2、tio2、znsno4中的至少一种；

钙钛矿吸收层15的材料包括晶体结构为abx3型的钙钛矿材料，所述a为cs+、ch(nh2)2+、ch3nh3+、c(nh2)3+中的至少一种，所述b为pb2+、sn2+中的至少一种，所述x为br-、i-、cl-中的至少一种；

空穴传输层16的材料为spiro-ometad、nio、cuscn中的至少一种；

缓冲层17的材料为mno3、sinx、al2o3中的至少一种；

透明导电电极层18的材料为fto氟掺氧化锡、ito铟掺氧化锡、azo铝掺氧化锌、ato铝掺氧化锡、igo铟掺氧化鎵中的至少一种；

减反层19的材料为mno3、sinx、al2o3中的至少一种。

一种四端钙钛矿与晶硅叠层组件的制备方法，将多个钙钛矿电池1放在多个晶硅电池2上方进行机械叠层，将多个钙钛矿电池1串联，形成钙钛矿电池组，将多个晶硅电池2相互串联形成晶硅电池组，钙钛矿电池组两端分别设有一个正电极端子一7、负电极端子一8，晶硅电池组两端分别设有一个正电极端子二9、负电极端子二10，得到四端钙钛矿与晶硅叠层组件成品。

钙钛矿电池1的制备方法包括以下步骤；

步骤一，在透明基底层12上沉积透明导电薄膜层13；

步骤二，采用1064nm激光在透明导电薄膜层13上进行第一次激光划线切割；

步骤三，依次采用去离子水、丙酮、乙醇清洗，再经氧等离子清洗机清洗得到干净的透明导电衬底；

步骤四，在透明导电薄膜层13上沉积电子传输层14：在切割后透明导电基底上采用狭缝涂布的方式沉积20nmsno2；

步骤五，在电子传输层14基底上沉积钙钛矿吸收层15：将摩尔比1：1.01的ch3nh3i粉末和pbi2在dmf/dmac（体积比为4：6）的混合溶剂体系，70℃下过夜搅拌溶解，在电子传输层sno2基底上采用狭缝涂布的方式制备钙钛矿湿膜层，再采用真空结晶1min和加热干燥10min的方法，最终得到膜厚为320nm的钙钛矿薄膜；

步骤六，在钙钛矿吸收层15上沉积空穴传输层16：在钙钛矿吸收层15基底上采用狭缝涂布的方式制备spiro-ometad湿膜，再采用加热干燥10min的方法，最终得到膜厚为100nm的spiro-ometad薄膜；

步骤七，采用534nm激光在空穴传输层16上进行第二次激光划线切割，第二次激光划线切割过程中激光在不划断透明导电基底层12的条件下，将电子传输层14、钙钛矿吸收层15、空穴传输层16划断；

步骤八，在空穴传输层16上连续依次沉积缓冲层17、透明导电电极层18、减反层19：在空穴传输层表面采用热蒸发的方式连续沉积7nm的mno3、9nm的ito，80nm的mno3，以缓冲层17/透明导电电极层18/减反层19“三明治结构”作为透明电极；

步骤九，采用1064nm激光在减反层19上进行第三次激光划线切割，第三次激光划线切割过程中激光在不划断透明导电基底层12的条件下，将电子传输层14、钙钛矿吸收层15、空穴传输层16、缓冲层17、透明导电电极层18、减反层19划断。

三次激光划线切割所使用的激光波长为405nm、445nm、460nm、473nm、532nm、589nm、635nm、650nm、808nm、980nm、1064nm中的至少一种。

如图3，按照具体实施方案制备的钙钛矿太阳能电池取得了18.4%的光电转换效率，正向偏压下也取得了17.3%的光电转换效率，其中反向偏压下短路电流密度jsc=21.9ma/cm²，开路电压voc=1.06v，填充因子ff=79.4%，正向偏压下短路电流密度jsc=21.8ma/cm2，开路电压voc=1.02v，填充因子ff=77.3%。优异的电池转换效率证明了这种“三明治”透明电极结构能够实现高效的组件性能，有利于提升四端叠层电池的光电转换效率。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。