一种大面积钙钛矿太阳电池组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太阳电池组件，尤其涉及一种大面积钙钛矿太阳电池组件，属于太阳电池组件技术领域。
【背景技术】
[0002]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。目前，产业化晶体硅的电池转换效率稳定约19% (单晶)和17?18% (多晶)，进一步提升效率存在技术和成本的制约瓶颈。尽管一些高效硅电池技术不断得以提出，但是这些高效太阳电池制备工艺复杂、量产中品质不易控制、对设备要求高，因此，难以实现量产。除了硅太阳电池以外，其它类型的化合物薄膜电池、有机太阳电池、染料敏化太阳电池等，其电池转换效率多年来未有显著突破。
[0003]近年来，一种称之为“钙钛矿太阳电池”的新型电池技术引起了科研人员的广泛关注，其电池转换效率在短短的数年时间内从3.8%提升至目前的19.3%，并以月为单位不断刷新。钙钛矿体系是指一类与钙钛矿CaTi03具有相似晶体结构的有机-无机杂化物体系的总称。钙钛矿具有复杂的电学和光学特性，从而使得具有不同工作机理的、构造各异的电池结构得到发展。其中包括基于敏化机理的太阳电池(mesoscopic sensitized solarcells)、无空穴传输层的 p-n 结太阳电池(HTM-free mesoscopic p-n solar cells)、介观超级太阳电池(meso-superstructured solar cells)以及具有p-1-n结的平面异质结太阳电池(planar heterojunct1n solar cells)。
[0004]尽管小面积钙钛矿太阳电池的效率不断提升、电池结构趋于多样化。然而，对于所有结构类型的钙钛矿太阳电池，随着电池面积的大面积化，其电池的串联电阻都会显著升高，另外，简单的工艺也会造成电池中缺陷的急剧增加，导致电池的开路电压和填充因子随着局部漏电流的升高而快速降低。同时，由于封装结构的欠缺，现有钙钛矿太阳电池在实际环境条件下的存在不稳定性问题。因此，对钙钛矿太阳电池进行合理的大面积化设计，并对其增加封装结构，是实现高效、稳定的钙钛矿太阳电池组件的重要途径。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有技术中，小面积钙钛矿太阳电池的光电转换效率快速提高，而大面积钙钛矿太阳电池电池组件的生产工艺却非常复杂且稳定性差的技术问题，提供一种大面积钙钛矿太阳电池组件，减少传统串联太阳电池组件中绝缘体/串联导体/绝缘体的复杂工艺结构，降低串联电阻对电池组件性能的影响，提高生产效率，促进钙钛矿太阳电池的发展和应用。
[0006]为此，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种大面积钙钛矿太阳电池组件，包括若干单体钙钛矿太阳电池(1)、封装材料
(2)以及封装基板(3)，其特征在于:相邻单体钙钛矿太阳电池极性相反地设置，相邻单体钙钛矿太阳电池之间设置绝缘体(4)且相邻单体钙钛矿太阳电池的正、负电极电连接。
[0008]进一步地，所述单体钙钛矿太阳电池(1)依次包括:作为负电极的光阳极、电子收集层(12)、光吸收层(13)、空穴传输层(14)、催化层(15)以及作为正电极的对电极，光阳极和对电极的通过一层导电层(11)将电子与空穴传输至外电路。
[0009]进一步地，光吸收层(13)由有机-无机类钙钛矿薄膜构成，有机-无机类钙钛矿可用(RNH3) BXJ3 ?表示，其中R为C ηΗ2η+1，η为彡1的自然数;Β为Pb或Sn ;X、Y分别为卤素Cl、Br或者I中的一种，m=l，2，3。
[0010]进一步地，在所述电子收集层(12)上设置有一层纳米多孔薄膜支架层(16)，所述光吸收层(13)分散吸附在该纳米多孔薄膜支架层(16)上。
[0011 ] 进一步地，所述光吸收层(13)通过在纳米多孔薄膜支架层(16)上旋涂或者印刷钙钛矿的分散液，经70-170°C的烧结处理制备得到吸附在纳米多孔薄膜支架层(16)表面的钙钛矿光吸收层；或者，在纳米多孔薄膜支架层(16)上制备一层钙钛矿前驱反应物的薄膜，并将样片浸于钙钛矿另一反应物的溶液，再经70-170°C的烧结处理后，制备出吸附在纳米多孔薄膜支架层(16)表面的钙钛矿光吸收层。
[0012]进一步地，所述封装基板(3)至少有一侧由玻璃构成，另一侧由玻璃、陶瓷或者TPT聚氟乙烯复合膜构成。
[0013]进一步地，所述电子收集层(12)为一层致密的金属氧化物半导体薄膜，通过旋涂法、丝网印刷、溶胶凝胶法、磁控溅射或者原子层沉积在导电层(11)上制膜，并经过150-550 °C的烧结处理。
[0014]进一步地，所述空穴传输层(14)由Spiro-OMeTAD或PEDOT:PSS或Cul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。其中，Spiro-OMeTAD为(2，2’，7，7’-tetrakis-(N, N-d1-p-methoxyphenyl-amine) -9, 9’-spirobifluorene)、PEDOT:PSS为(poly(3，4_ethylened1xyth1phene) polystyrene sulfonate)或Cul为碘化亚铜。
[0015]进一步地，所述催化层(15)是由一层形成在空穴传输层(14)上的金属或非金属的催化薄膜构成，该催化材料是Pt、Au、Ag或者炭黑，催化层通过溅射、蒸镀或者丝网印刷方法形成。
[0016]进一步地，所述绝缘体(4)由玻璃、陶瓷、有机高分子材料。
[0017]本实用新型的大面积钙钛矿太阳电池组件，通过将相邻电池组件单体极性相反地设置并通过导电层串联起来，降低了串联导体引入的欧姆接触电阻对电池组件性能的影响，降低实际应用环境对钙钛矿太阳电池组件的损害，保证钙钛矿太阳电池组件的长期稳定性；本实用新型的大面积钙钛矿太阳电池组件制备方法，通过通过合理的设计，在制备过程中织构化，使相邻单体钙钛矿太阳电池极性反置同时相邻单体钙钛矿太阳电池一侧的通过作为电池一部分的导电层连接，实现无需额外串联导体连结的W型串联钙钛矿太阳电池组件，从而减小串联导体引入的欧姆接触电阻对电池组件性能的影响；通过大面积电池组件的封装，降低实际应用环境对钙钛矿太阳电池组件的损害，保证钙钛矿太阳电池组件的长期稳定性。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的大面积钙钛矿太阳电池组件的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型的单体钙钛矿太阳电池的结构示意图一
[0020]图3为本实用新型的单体钙钛矿太阳电池的又一结构示意图；
[0021]其中，1为单体钙钛矿太阳电池，11为导电层，11a为上导电层，lib为下导电层，12为电子收集层，13为光吸收层，14为空穴传输层，15为催化层，16为纳米多孔薄膜支架层，2为封装材料，3为封装基板，4为绝缘体。
【具体实施方式】
[0022]为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，本实用新型中与现有技术相同的部分将参考现有技术。
[0023]实施例1:
[0024]如图1所示，以由三个单体钙钛矿太阳电池1串联形成的电池组件为例，本实施例的大面积钙钛矿太阳电池组件，包括三个单体钙钛矿太阳电池1、封装材料2以及封装基板3，三个单体钙钛矿太阳电池1极性相反地设置。
[0025]如图2所示，单体钙钛矿太阳电池1依次包括:作为负电极的光阳极、电子收集层12、光吸收层13、空穴传输层14、催化层15以及作为正电极的对电极，光阳极和对电极的通过一层导电层11将电子与空穴传输至外电路；在本实施例中，导电层11为ΙΤ0或者FT0，是一层透明的薄膜。光吸收层13由有机-无机类钙钛矿薄膜构成，有机-无机类钙钛矿可用(RNH3) BXJ3 ?表示，其中R为C ηΗ2η+1，η为彡1的自然数;Β为Pb或Sn ;Χ、Υ分别为卤素C1、Br或者I中的一种，m=l，2，3。
[0026]电子收集层12为一层致密的金属氧化物半导体薄膜，优选Ti02，通过旋涂法、丝网印刷、溶胶凝胶法、磁控溅射或者原子层沉积在导电层11上制膜，并经过150-550°C的烧结处理形成。
[0027]如图2所示，在电子收集层12上还设置有一层纳米多孔薄膜支架层16，所述光吸收层13分散吸附在该纳米多孔薄膜支架层16上；具体地，光吸收层13通过在纳米多孔薄膜支架层16上旋涂或者印刷钙钛矿的分散液，经70-170°C的烧结处理制备得到分散吸附在纳米多孔薄膜支架层16表面的钙钛矿光吸收层；
[0028]或者，在纳米多孔薄膜支架层16上制备一层钙钛矿前驱反应物的薄膜，并将样片浸于钙钛矿另一反应物的溶液，再经70-170°C的烧结处理后，制备出分散吸附在纳米多孔薄膜支架层16表面的钙钛矿光吸收层。具体地，如，可通过下述步骤实现:首先将含有碘化铅Pbl的反应物溶液形成在纳米多孔薄膜支架层16表面，经70-100°C烧结后，将样片浸于含有碘化甲胺CH3NH3I的另一反应物溶液中，取出后再经70-170°C的烧结处理后，制备出吸附在纳米多孔薄膜支架