一种基于钙钛矿的高效全玻组件的制作方法

1.本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿的高效全玻组件。


背景技术：

2.光伏发电，是指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。
3.随着光伏发电应用场景的扩展，光伏与建筑结合应用越来越受到关注，光伏建筑一体化技术即光伏发电技术与建筑技术相融合的一种技术，它将光伏电池融入建筑材料中，在满足建筑特性的前提下，为建筑提供绿色电力，满足建筑节能减排的需求。
4.全玻组件是光伏与建筑玻璃的融合应用，属于光伏建筑一体化技术，目前被广泛应用于建筑墙面及屋顶，一方面符合气密性、水密性、抗风压、防平面变形等建筑材料性能要求，满足建筑采光需求，另一方面解决建筑高耗能问题。
5.但是，目前的全玻组件存在透光率低、光电转换效率低等问题，致使其应用受到限制。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于钙钛矿的高效全玻组件。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
8.本发明提供了一种基于钙钛矿的高效全玻组件，包括外层光伏组件、中空层和内层钢化玻璃层；所述外层光伏组件从内到外依次包括：钢化玻璃、钙钛矿光伏电池和超白钢化玻璃；所述内层钢化玻璃层由两块钢化玻璃组成。
9.进一步地，所述中空层中含有惰性气体，优选为氩气。
10.全玻组件中空层采用惰性气体氩气填充，同比真空状态下，传热系数极限值可下降5％，具有更好的保温性能。
11.进一步地，所述外层光伏组件中，钢化玻璃、钙钛矿光伏电池和超白钢化玻璃依次通过胶膜层粘接；所述内层钢化玻璃层中的两块钢化玻璃通过胶膜层粘接。
12.进一步地，所述胶膜层均为pvb胶膜层。
13.在钢化玻璃与钙钛矿光伏电池之间以及内层两块钢化玻璃之间采用pvb胶膜层进行粘接，具有高透光、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高、玻璃碎裂时，玻璃碎渣不易掉落的特性，可增强室内采光量，并提高了应用场景的安全性。
14.进一步地，所述钙钛矿光伏电池自下而上包括导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和背电极。
15.进一步地，所述导电基底为ito导电玻璃，所述空穴传输层为ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])，所述电子传输层为c
60
/bcp(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉)，所述背电极为ag。
[0016]
进一步地，所述钙钛矿层的制备方法为：首先将btcc(二氯二硫脲合镉)粉末加入
pbi2粉末中，得到混合粉末，之后向所述混合粉末中加入有机溶剂dmf(n,n-二甲基甲酰胺)，得到溶液a，再向所述溶液a中加入添加剂dmso(二甲基亚砜)，得到溶液b，将所述溶液b喷涂到所述空穴传输层上，得到pbi2薄膜；之后在真空环境下，使所述pbi2薄膜与mai(碘甲胺)气体进行原位反应，得到所述钙钛矿层。
[0017]
进一步地，所述混合粉末中，btcc粉末的含量为0.5～1.5wt％，优选为1wt％；所述溶液a中，pbi2的浓度为0.1～1.0m，优选为0.5m；所述溶液b中，dmf与dmso的体积比为(4～6)∶1；所述溶液b喷涂到所述空穴传输层上时，导电基底的温度为80℃，所述pbi2薄膜的厚度为190～200nm；所述原位反应温度为150℃，所述钙钛矿层的厚度为400～500nm。
[0018]
本发明的钙钛矿光伏电池采用两步喷涂法(vasm)制备致密均匀的钙钛矿薄膜，vasm工艺包括两部分，分别为喷涂pbi2薄膜及与mai气体反应形成钙钛矿。采用喷涂法制备pbi2薄膜，通过调控pbi2/dmf溶液的浓度，优化溶液在衬底上的扩散性能，实现钙钛矿峰强及结晶度最强，提高了光伏组件的光电转换效率。
[0019]
本发明钙钛矿薄膜喷涂制备过程中，选取dmso溶液作为添加溶剂，在混合溶剂中形成marangoni效应，降低溶液对液滴边缘的驱动力，提高溶剂的粘度和迁移阻力，与pbi2生成中间相，调节溶液的挥发速率；dmso的加入不仅降低了咖啡环效应，而且优化了pbi2薄膜的形貌，提升钙钛矿层的光电转换效率；进一步通过与mai气体原位反应，pbi2重结晶形成钙钛矿，获得致密的钙钛矿薄膜。
[0020]
在两步喷涂法中引入两性离子btcc制备钙钛矿薄膜，通过调整btcc浓度，使其能够稳定钙钛矿中的晶格结构并且同时能够钝化钙钛矿中的多种离子缺陷，从而降低载流子的非辐射复合，提升电池的开路电压，提高光伏输出功率。
[0021]
进一步地，所述中空层的制备方法为：将外层光伏组件与内层钢化玻璃层组装到一起，之后挤出层间空气，向层间充入惰性气体，然后再对充气孔进行胶封即可。
[0022]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023]
本发明提供一种基于钙钛矿的高效全玻组件，可应用于光伏温室屋顶、光伏采光顶等位置；本发明的全玻组件具有高透光性，可以增加应用场景室内的采光量，同时本发明的全玻组件外侧应用超白钢化玻璃，提高太阳光吸收率，提高组件发电量。
[0024]
本发明利用钙钛矿光伏电池制备全玻组件，由于钙钛矿光伏电池为化合物光伏电池，不存在隐裂问题，用此作为建筑的采光顶，可以避免由于重物掉落或撞击造成的电池片隐裂而影响发电的情况的问题，并且本发明采用的钙钛矿光伏电池具有较高的光电转换效率，在不影响室内采光的前提下，提高了光伏系统的发电量。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1为本发明实施例1制备得到的基于钙钛矿的高效全玻组件的结构示意图。
具体实施方式
[0027]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
[0028]
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0029]
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0030]
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0031]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0032]
实施例1
[0033]
基于钙钛矿的高效全玻组件的制备，步骤如下：
[0034]
(1)钙钛矿光伏电池的制备，采用两步喷涂法，具体步骤如下：
[0035]
a：取ptaa粉末，溶解于氯苯中，磁力搅拌12h，将所得溶液旋涂于ito导电玻璃上，在150℃下退火处理3min，静置冷却至室温，得到空穴传输层ptaa；
[0036]
b：将btcc粉末加入pbi2粉末中，得到混合粉末，使混合粉末中btcc粉末的含量为1wt％，之后向混合粉末中加入有机溶剂dmf，得到溶液a，使溶液a中pbi2粉末的浓度为0.5m，之后加入添加剂dmso，得到溶液b，溶液b中dmf与dmso的体积比为5∶1，然后将溶液b喷涂到空穴传输层ptaa上，喷涂过程中控制导电基底的温度为80℃，采用旋转喷涂方式，使溶液b均匀扩散覆盖到空穴传输层表面，得到厚度为194nm的pbi2薄膜；
[0037]
c：在150℃真空环境下，将步骤b所得pbi2薄膜与mai气体进行原位反应，mai气体分子首先与表层pbi2反应形成钙钛矿晶体，随着反应时间的延长，mai气体分子进入pbi2八面体框架内部，薄膜晶体结构发生膨胀，最终形成厚度为446nm的钙钛矿层；
[0038]
d：在步骤c得到的钙钛矿层上继续制备电子传输层：首先采用热蒸镀的方法在钙钛矿层上蒸镀厚度为25nm的电子传输层c
60
，之后继续蒸镀厚度为5nm的bcp作为界面修饰层；
[0039]
e：在得到界面修饰层后，在基底中央0.2*0.2cm2面积内刮除之前旋涂的所有薄膜层，露出ito基底，然后在掩膜板的遮挡下，在界面修饰层bcp上蒸镀厚度为100nm的ag电极，即得钙钛矿光伏电池。
[0040]
(2)全玻组件的组装：
[0041]
a：组装外层光伏组件：在钢化玻璃上铺设pvb胶膜层1，然后将步骤(1)制备得到的
钙钛矿光伏电池覆盖于胶膜层1上，钙钛矿光伏电池采用组串焊接，焊接检查完毕后，在钙钛矿光伏电池上铺设pvb胶膜层2，之后在pvb胶膜层2上侧铺设超白钢化玻璃，置于高温设备，使胶膜层融化，固定钙钛矿光伏电池；
[0042]
b：制备内层钢化玻璃层：在两块钢化玻璃之间铺设pvb胶膜层，之后置于高温设备中使胶膜层融化，将两块钢化玻璃固定在一起；
[0043]
c：制作中空层：将步骤a得到的外层光伏组件与步骤b制备得到的内层钢化玻璃层采用金属边条进行合片，组装到一起(使超白钢化玻璃位于最顶层)，然后在玻璃四周打胶处理，待胶风干后，挤出外层光伏组件与内层钢化玻璃层之间的多余空气，并打入惰性气体氩气，然后把打气孔胶封，即得基于钙钛矿的高效全玻组件。
[0044]
本实施例制备得到的基于钙钛矿的高效全玻组件的结构示意图如图1所示。
[0045]
实施例2～3
[0046]
同实施例1，区别在于，步骤(1)b中，向混合粉末中加入有机溶剂dmf，得到溶液a，使溶液a中pbi2粉末的浓度分别为0.1m、1.0m。
[0047]
实施例4～5
[0048]
同实施例，区别在于，步骤(1)b中，混合粉末中btcc粉末的含量分别为0.5wt％、1.5wt％。
[0049]
实施例6
[0050]
同实施例1，区别在于，步骤(1)a为：取ptaa粉末和路易斯酸三(五氟苯基)硼烷(bcf)，使得ptaa与bcf的质量比为9∶1，将其溶解于氯苯中，磁力搅拌12h，将所得溶液旋涂于ito导电玻璃上，在150℃下退火处理3min，静置冷却至室温，得到空穴传输层ptaa。
[0051]
实施例7
[0052]
同实施例1，区别在于，步骤(1)a为：取ptaa粉末和路易斯酸三(五氟苯基)硼烷(bcf)，使得ptaa与bcf的质量比为9∶1，将其溶解于氯苯中，磁力搅拌12h，将所得溶液旋涂于ito导电玻璃上，在150℃下退火处理3min，之后进行微波处理，微波处理的功率为900w，频率为2.45ghz，处理时间为2min，处理完成后，静置冷却至室温，得到空穴传输层ptaa。
[0053]
效果验证
[0054]
在模拟光源照射下，对实施例1～7步骤(1)制备得到的钙钛矿光伏电池的电流密度与电压进行测试，绘制j-v特性曲线，并根据其短路电流密度(j
sc
)、开路电压(v
oc
)及计算得到的填充因子(ff)计算其光电转换效率(pce)，其中ff的计算公式如式(1)所示：
[0055][0056]
式(1)中，p
max
为电池输出最大功率(mw/cm2)；
[0057]jmax
为电池最大功率点的电流密度(ma/cm2)；
[0058]vmax
为电池最大功率点的电压(v)。
[0059]
pce的计算公式如式(2)所示：
[0060][0061]
式(2)中，p
in
为入射光源的功率(mw/cm2)。
[0062]
所得结果如表1所示。
[0063]
表1
[0064][0065][0066]
由表1可以看出，在空穴传输层中掺杂bcf后，能够提高钙钛矿光伏电池的光电转换效率，进而对其进行微波处理，能够使其光电转换效率得到进一步的提升。
[0067]
对实施例1～7制备得到的全玻组件的自然光透光率进行测试，所得结果如表2所示。
[0068]
表2
[0069]
全玻组件组别透光率/％实施例192.1实施例292.2实施例391.9实施例492.2实施例592.0实施例692.0实施例791.9
[0070]
由表2可以看出，本发明制备的全玻组件具有较高的透光率，能够使应用场景室内具有良好的采光量。
[0071]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。