图案化导电基底、钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，具体而言，涉及图案化导电基底、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、光伏技术是目前市场应用最为广泛的清洁能源技术，单晶硅基太阳能电池凭借其高效率、高稳定的优势占据了95％以上的光伏市场，并提供了非常可观的清洁能源供给。然而，硅基太阳能电池成本高、产业链长、上游企业高耗能等问题限制了其发展速度，同时硅基太阳能电池的效率也逐步接近理论极限(～29％)，近些年来增长缓慢。因此，发展一种低成本、高理论效率、制造产业线路简明的新型光伏技术十分重要。

2、钙钛矿太阳能电池是一种低成本、高理论效率(～31％)的新型光伏技术，目前实验室小面积电池光电转换效率已接近26％，可以与硅基电池效率相媲美。尤其在2021年下半年，钙钛矿太阳能电池的产业化进程加快，实验室技术放大、中试产线搭建、样品展示等产业化初期尝试如火如荼。目前，针对于产业化应用的钙钛矿太阳能电池模组常采用激光划线的方式将子电池串联，激光划线步骤则通常包含三次(命名为p1、p2、p3)；然而激光划线所带来的膜层厚度变化、材料损伤等问题对于有机无机杂化钙钛矿多晶薄膜来讲依旧存在问题，导致最终模组效率不及预期。

3、因此，通过改进激光划线技术，避免膜层厚度变化和材料损伤等问题出现，是制备高性能钙钛矿商业化组件的关键。

4、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供图案化导电基底及其制备方法，旨在解决激光划线p1导致的膜层厚度不均、薄膜质量下降的问题，提高最终制备模组的质量。

2、本发明的另一目的在于提供钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在提高模组质量，改善光电转换效率。

3、本发明是这样实现的：

4、第一方面，本发明提供一种图案化导电基底的制备方法，包括：在导电基底上涂覆有机材料层，采用激光划线p1对导电基底上的导电层和有机材料层进行划线处理，以形成p1通道；

5、利用绝缘材料在导电基底上形成绝缘层，绝缘层覆盖有机材料层和p1通道，之后去除有机材料层；

6、其中，绝缘层的厚度与导电基底上的导电层的厚度一致。

7、在可选的实施方式中，形成有机材料层的有机材料为溶于溶剂的质软材料；

8、优选地，有机材料选自聚合物、光刻胶系列材料和金属材料；

9、优选地，有机材料选自pmma、ptaa、pvp、su-8、ag和fe中的至少一种；

10、优选地，采用溶液涂覆或热蒸镀气相沉积的方法形成有机材料层。

11、在可选的实施方式中，去除有机材料层的方法选自溶液清洗或气相清洗；

12、优选地，在去除有机材料层之后，再进行基底清洗；

13、优选地，基底清洗的方法选自溶剂清洗、超声清洗和紫外臭氧处理中的至少一种。

14、在可选的实施方式中，导电基底的整体厚度为0.01～15.00mm，导电基底上的导电层的厚度为10～1000nm；

15、优选地，有机材料层的厚度为1～100μm。

16、在可选的实施方式中，形成所述绝缘层所采用的绝缘材料选自al2o3、sio2和si3n4中的至少一种；

17、优选地，采用沉积的方法形成绝缘层，沉积的方法选自热蒸镀、磁控溅射和气相沉积中的至少一种。

18、在可选的实施方式中，导电基底为导电玻璃；

19、优选地，导电基底选自ito导电玻璃、fto导电玻璃、azo导电玻璃、银纳米线修饰导电玻璃、石墨烯修饰导电玻璃和碳纳米管层修饰导电玻璃中的至少一种。

20、第二方面，本发明提供一种图案化导电基底，其通过前述实施方式中任一项的制备方法制备而得。

21、第三方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：采用前述实施方式中任一项的制备方法制备图案化导电基底；利用图案化导电基底制备钙钛矿太阳能电池。

22、在可选的实施方式中，利用图案化导电基底制备钙钛矿太阳能电池的过程包括：在图案化导电基底上依次形成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层；之后采用激光划线p2对电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层进行划线处理，以形成p2通道；之后在器件的顶部沉积金属电极；最后采用激光划线p3对金属电极、电子传输层、钙钛矿吸收层和空穴传输层进行划线处理，以形成p3通道；

23、优选地，空穴传输层的厚度为10～1000nm，钙钛矿层的厚度为100～5000nm，电子传输层的厚度为10～1000nm，金属电极的厚度为50～5000nm；

24、优选地，p1通道的通道宽度为20～500μm，p2通道的通道宽度为20～500μm，p3通道的通道宽度为20～500μm；

25、优选地，相邻两个p1通道的间距为1～100mm，相邻两个p2通道的间距为1～100mm，相邻两个p3通道的间距为1～100mm；

26、优选地，形成空穴传输层的材料为p型半导体材料；更优选地，形成空穴传输层的材料选自spiro-ometad、pedot:pss、tpd、ptaa、p3ht、pcpdtbt、nixo、v2o5、cui、moo3、cuo和cu2o中的至少一种；

27、优选地，形成钙钛矿层的材料的化学通式为abx3，其中，a表示ch3nh3+(ma+)、nh2＝chnh2+(fa+)、c4h9nh3+、cs+和rb+中的至少一种；b为pb2+，sn2+、ge2+、sb3+、bi3+、ag+、au3+和ti4+中的至少一种；x为cl-、br-、i-和类卤素中的至少一种；

28、优选地，形成电子传输层的材料选自氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化镁、氧化铜、氧化亚铜、氧化钨、pcb61m、c60和icba中的至少一种；

29、优选地，激光划线p1、激光划线p2和激光划线p3均采用飞秒激光设备进行划线处理；

30、优选地，用于形成金属电极的材料选自au、ag和cu中的至少一种；更优选地，采用真空热蒸镀的方法形成金属电极；

31、更优选地，形成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层的方法均独立地选自溶液涂覆和气相沉积中的至少一种。

32、第四方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，通过前述实施方式中的制备方法制备而得。

33、本发明具有以下有益效果：通过先在导电基底上涂覆有机材料层，之后采用激光划线p1对导电层和有机材料层进行划线处理，形成p1通道；通过利用绝缘材料在形成覆盖有机材料层和p1通道的绝缘层，去除有机材料层之后，上方的绝缘层跟随有机材料层一同去除，在p1通道的凹陷部分填充有绝缘材料，使整个基底更加平整，有效改善薄膜沉积均匀性与结晶质量，避免台阶位置的界面不均匀现象。

34、采用本发明的方法制备得到的钙钛矿太阳能电池能够有效解决钙钛矿模组效率不高、良率低等问题，有利于改善光电转化效率，促进钙钛矿光伏产业化的快速推进。

技术特征：

1.一种图案化导电基底的制备方法，其特征在于，包括：在导电基底上涂覆有机材料层，采用激光划线p1对所述导电基底上的导电层和所述有机材料层进行划线处理，以形成p1通道；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述有机材料层的有机材料为溶于溶剂的质软材料；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，去除所述有机材料层的方法选自溶液清洗或气相清洗；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底的整体厚度为0.01～15.00mm，所述导电基底上的导电层的厚度为10～1000nm；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述绝缘层所采用的绝缘材料选自al2o3、sio2和si3n4中的至少一种；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底为导电玻璃；

7.一种图案化导电基底，其特征在于，其通过权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备而得。

8.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备所述图案化导电基底；利用所述图案化导电基底制备钙钛矿太阳能电池。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，利用所述图案化导电基底制备钙钛矿太阳能电池的过程包括：在所述图案化导电基底上依次形成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层；之后采用激光划线p2对所述电子传输层、所述钙钛矿层和所述空穴传输层进行划线处理，以形成p2通道；之后在器件的顶部沉积金属电极；最后采用激光划线p3对所述金属电极、所述电子传输层、所述钙钛矿层和所述空穴传输层进行划线处理，以形成p3通道；

10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，通过权利要求8或9中所述的制备方法制备而得。

技术总结
本发明公开了图案化导电基底、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。通过先在导电基底上涂覆有机材料层，之后采用激光划线P1对导电层和有机材料层进行划线处理，形成P1通道；通过利用绝缘材料在形成覆盖有机材料层和P1通道的绝缘层，去除有机材料层之后，上方的绝缘层跟随有机材料层一同去除，在P1通道的凹陷部分填充有绝缘材料，使整个基底更加平整，有效改善薄膜沉积均匀性与结晶质量，避免台阶位置的界面不均匀现象。制备得到的钙钛矿太阳能电池能够有效解决钙钛矿模组效率不高、良率低等问题，有利于改善光电转化效率，促进钙钛矿光伏产业化的快速推进。

技术研发人员：杨晓宇,包征,叶冯俊
受保护的技术使用者：北京烁威光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15