一种复合电极层及其制备方法和钙钛矿电池与流程

本发明涉及钙钛矿电池，具体而言，涉及一种复合电极层及其制备方法和钙钛矿电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。近年来，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率从3.8％提高到了25.7％。该光电转换效率不仅超过了发展较早的其它薄膜太阳能电池，更是已经逼平甚至超过了诸如多晶硅太阳能电池等发展多年的产业化太阳能电池技术，显示出巨大的产业开发前景。

2、钙钛矿太阳能电池一般包括前电极、第一载流子传输层、钙钛矿光吸收层、第二载流子传输层和背电极。对于前电极的制备，目前传统的工艺是在玻璃基片上使用高耗能的真空镀膜设备比如cvd或者pvd的方式，沉积较厚的fto膜层，fto膜层相较金属电极面电阻非常高，为降低面电阻需要沉积较厚的膜层，降低透过率，目前fto膜层的透过率只能达到80％左右，面电阻10ω左右，对钙钛矿电池的转化效率影响较大。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种复合电极层，通过导流体层和透明导电层的配合，可有效降低面电阻，提高膜层的透过率，提高钙钛矿电池的转化率。

2、本发明的另一个目的在于提供一种所述的复合电极层的制备方法，效率高，安全性高，得可提高复合电极层的制备精度，提高其性能。

3、本发明的另一个目的在于提供一种钙钛矿电池，具有优异的电化学性能。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种复合电极层，包括导流体层和透明导电层；所述导流体层位于玻璃基板的一侧表面，所述透明导电层覆盖于所述导流体层和所述玻璃基板的表面；所述导流体层包括多根呈阵列分布的金属丝线，沿所述金属丝线的长度方向上，任意相邻的两根所述金属丝线之间形成钙钛矿电池的p1通道的容置区域，在垂直于金属丝线的长度方向上，若干金属丝线呈间距分布且在透明导电层上形成多个载流子集中导流区。

6、在一种实施方式中，所述导流体层在所述玻璃基板表面的遮挡面积占所述玻璃基板面积的2％～3％。

7、在一种实施方式中，所述金属丝线的厚度为50nm～200nm。

8、在一种实施方式中，所述透明导电层的厚度为300nm～500nm。

9、在一种实施方式中，沿所述金属丝线的宽度方向上，相邻的两根所述金属丝线之间的距离为2～5mm。

10、在一种实施方式中，所述金属丝线的材质包括含有导电相的复合物、金属与导电无机物的复合物、金属单质或合金；以质量百分比计，所述含有导电相的复合物包括导电相20％～50％和粘结相50％～80％。

11、在一种实施方式中，所述金属丝线的材质为含有导电相的复合物，导电相包括铝、铝合金、银钼合金和银镍合金中的至少一种；所述粘结剂包括陶瓷、玻璃、树脂和纤维素中的至少一种。

12、在一种实施方式中，所述透明导电层具有p1通道，所述p1通道位于所述容置区域之内。

13、所述的复合电极层的制备方法，包括以下步骤：

14、通过蒸镀或者印刷的方式，在玻璃基板上沉积金属丝线，形成导流体层；再于所述导流体层的表面和玻璃基板的表面沉积透明导电材料，形成透明导电层。

15、在一种实施方式中，通过所述蒸镀的方式，在玻璃基板上制备导流体层，具体包括：将玻璃基片置于装载有金属掩膜板的基片架上，所述玻璃基片位于所述金属掩膜板的上方，在所述玻璃基片的上方放置磁板，得到组装体；所述组装体传输至蒸镀工艺腔，工艺腔中的蒸镀设备蒸发金属丝线，所述金属丝线在所述玻璃基片的下表面沉积，固化后形成导流体层。

16、在一种实施方式中，蒸镀前，控制蒸镀腔室的真空度为10-3～10-5mbar，金属丝线的供给速度为20～30mm/s；所述玻璃基片在蒸镀工艺腔中的传输速度为35～45mm/s。

17、在一种实施方式中，采用所述蒸镀的方式在玻璃基板上制备导流体层所采用的蒸镀设备，包括蒸发系统、传动系统、真空系统和辅助自动线系统；所述蒸发系统包括工艺腔，所述工艺腔中设置有蒸发装置，用以在所述玻璃基板上沉积金属丝线原料，以获得导流体层；所述真空系统包括第一真空腔室和第二真空腔室，用以提供不同的真空度以提升基片架的传动；所述第一真空腔室连接所述工艺腔的进料口，所述第二真空腔室连接所述工艺腔的出料口；所述第一真空腔室包含有若干在传送方向上以真空度阶梯式增加的次级腔，所述第二真空腔实包含有若干在传送方向上以真空度阶梯式降低的次级腔，所述第一真空腔室和第二真空腔室用以提供不同的真空度以供基片架在真空环境下连续传动；所述传动系统分别连接所述第一真空腔室和所述第二真空腔室，形成基片架的循环输送回路。

18、在一种实施方式中，所述蒸发装置包括支撑座、金属线盘、送料电机、蒸发舟、冷却系统、挡板和加热电极；所述支撑座用于支撑整个蒸发装置，所述金属线盘用于存储金属线，所述送料电机用于控制金属线送料至所述蒸发舟，所述蒸发舟用以接收金属线，所述加热电极用于加热所述蒸发舟，所述冷却系统用于蒸发装置的冷却，所述挡板用于防止蒸发后的金属线污染设备。

19、在一种实施方式中，沿所述工艺腔的进料端方向上，所述第一真空腔室依次包括第一过渡腔、第一转移腔和第一缓冲腔，沿所述工艺腔的出料端方向上，所述第二真空腔室依次包括第二缓冲腔、第二转移腔和第二过渡腔。

20、在一种实施方式中，所述传动系统包括回传系统、移栽系统和基片架维护系统，所述回传系统用于基片架和金属掩膜板的回传，所述移栽系统用于磁板与基片架的结合，所述基片架维护系统用于基片架的装载与卸载。

21、在一种实施方式中，所述传动系统连接设置有上料平台，所述上料平台靠近所述第一真空腔室的入料口，用以提供玻璃基板；所述传动系统连接设置有下料系统，用以接收制备完复合电极层的玻璃基板。

22、在一种实施方式中，所述辅助自动线系统包括电柜、前级泵组和干泵组。

23、在一种实施方式中，通过印刷的方式，在玻璃基板上制备导流体层，具体方法包括：采用印刷设备在玻璃基板上进行喷涂，形成涂层，再进行固化，形成导流体层；所述印刷设备的喷墨头与玻璃基板的距离为30～200μm，喷液间隙为2～5mm，喷墨头的移动速率为0.2～2m/s；所述固化的温度为200～500℃，所述固化的时间为10～20min。

24、在一种实施方式中，所述印刷的方式所采用的印刷设备，包括依次设置的进料区、工艺区和出料区，所述工艺区的内部设置有定位系统、供液系统、喷涂系统和传动系统；所述定位系统用于对玻璃基板的定位；所述喷涂系统包括喷涂装置，所述喷涂装置包括承载柱和多个喷墨头，所述承载柱的内部设置有溶液通道，所述承载柱还设置有注液口；所述供液系统用以为喷涂系统提供喷涂液。

25、在一种实施方式中，所述供液系统包括原料存储装置、中转存储装置、注液泵、过滤器和排气过滤模组；所述排气过滤模组设置于所述原料存储装置和中转存储装置之间；所述中转存储装置通过所述注液泵和所述过滤器与所述喷涂装置相连接。

26、在一种实施方式中，所述透明导电层的制备条件，具体包括：透明导电层材料的蒸发温度为45～60℃，蒸发时间为4.5～6.5h，玻璃基板的温度为600～700℃，真空度为0.1～10mbar。

27、一种钙钛矿电池，包括所述的复合前电极，或者所述的复合电极层的制备方法制备得到的复合电极层。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、(1)本发明将导流体层和透明导电层复合，形成复合电极层，可牢牢固定在玻璃基板的表面；其不影响后续膜层的制备与激光线的刻划，且能有效地降低透明导电层的厚度，提高膜层的透过率，同时因为导流体层的优良导电性，虽然透明导电层减薄，但是通过导流体层的辅助导电，电池的方阻反而降低，可促使钙钛矿电池转化效率进一步提升。

30、(2)本发明复合电极层的制备方法，效率高，安全性高，得到的复合电极层的质量高，有利于提升钙钛矿电池的电化学性能。

31、(3)本发明的钙钛矿电池的透光率提高，综合增益提高。