一种马赛克钙钛矿太阳电池及制备方法与流程

本发明涉及光伏发电，尤其涉及一种马赛克钙钛矿太阳电池及制备方法。

背景技术：

1、在光伏发电领域，有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优秀的光电特性、低成本的制备方法引起了广泛关注，并得到了快速发展和应用。其中，在太阳电池的应用中，有机-无机杂化钙钛矿单结太阳电池的效率已经达到25.7％，接近目前主流的硅基太阳电池的最高效率。

2、目前，现有的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池多为单个器件，较大规模的组件相对较少。为了制备较为复杂的组件，必然需要引入高可靠性的封装工艺，而传统光伏封装手段(如封装贴膜、玻璃盖板等)均为间隙封装形式，无法满足水氧稳定较差的有机-无机杂化钙钛矿的封装要求。此外，有机-无机杂化钙钛矿材料根据具体的组分往往具有固定的光学特征，无法满足光伏建筑一体化、可穿戴光伏设备对于马赛克设计的需求。针对这一需求，现有的技术方案往往以钙钛矿材料自身的光学特性为着力点，通过调节钙钛矿组分、电致变色等手段实现颜色调制，不可避免地对电池本身的效能产生了影响。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种马赛克钙钛矿太阳电池及制备方法，用以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种马赛克钙钛矿太阳电池，所述电池包括：由窄带反射滤光层、ito导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属阳极依次叠加的钙钛矿电池单元、互连层和无间隙封装膜；

3、其中，所述互连层与所述钙钛矿电池单元连接形成马赛克电池组件；所述无间隙封装膜通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件。

4、可选的，在所述ito导电玻璃层上的侧预留区域设置金属阴极。

5、本发明还提供一种马赛克钙钛矿太阳电池制备方法，所述方法包括：

6、制备钙钛矿电池单元；

7、以刚性或柔性的材料作为基底，制备刚性或柔性的互连层；

8、将多个所述钙钛矿电池单元与所述互连层连接，获得马赛克电池组件；

9、制备无间隙封装膜，并通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件，获得马赛克钙钛矿太阳电池；

10、其中，所述制备钙钛矿电池单元，包括：选取ito导电玻璃作为衬底并进行清洗和预处理，获得ito导电玻璃层；在所述ito导电玻璃层的上侧制备电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属阳极和金属阴极，并在所述ito导电玻璃层的下侧制备窄带反射滤光层，获得制备钙钛矿电池单元。

11、可选的，所述ito导电玻璃的厚度为0.5～1mm，所述ito导电玻璃层的厚度为50～200nm；所述电子传输层的厚度为50～100nm；所述钙钛矿光吸收层的厚度为100～800nm；所述金属阳极和所述金属阴极的厚度为30～150nm；所述窄带反射滤光层的厚度为40～60μm。

12、可选的，所述电子传输层包括：sno2电子传输层；所述钙钛矿光吸收层包括：ma0.72fa0.28pb(i0.85cl0.15)3薄膜层、fa0.83cs0.17pbi3-10％pbcl2薄膜层；所述空穴传输层包括：spiro-ometad空穴传输层；所述金属阳极和所述金属阴极包括：ag电极；所述窄带反射滤光层包括：低折射率二氧化硅层和高折射率二氧化钛层的交替结构。

13、可选的，在所述ito导电玻璃层的下侧制备窄带反射滤光层，包括：在所述ito导电玻璃下侧通过交替沉积1.45折射率二氧化硅和2.31折射率二氧化钛，获得具有不同半峰全宽的窄带反射滤光层。

14、可选的，将多个所述钙钛矿电池单元与所述互连层连接，获得马赛克电池组件，包括：将多个所述钙钛矿电池通过锡焊方式与所述互连层相连接，获得马赛克电池组件。

15、可选的，制备无间隙封装膜，并通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件，获得马赛克钙钛矿太阳电池，包括：

16、获得封装剂；

17、基于所述封装剂，通过激光辅助加热工艺封装所述马赛克电池组件，获得马赛克钙钛矿太阳电池；

18、其中，所述封装剂包括以下一种：玻璃熔块、聚合物、复合材料。

19、可选的，所述制备sno2电子传输层，包括：将80μl的sno2溶胶在空气环境中以3000rpm的转速，通过30s旋涂在uv-ozone处理后的所述ito导电玻璃层上，制备所述sno2电子传输层。

20、本发明还提供一种马赛克钙钛矿太阳电池制备装置，所述装置包括：

21、电池制备单元，用于制备钙钛矿电池单元；

22、互连层制备单元，用于以刚性或柔性的材料作为基底，制备刚性或柔性的互连层；

23、组件制备单元，用于将多个所述钙钛矿电池单元与所述互连层连接，获得马赛克电池组件；

24、封装单元，用于制备无间隙封装膜，并通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件，获得马赛克钙钛矿太阳电池；

25、其中，所述制备钙钛矿电池单元，包括：选取ito导电玻璃作为衬底并进行清洗和预处理，获得ito导电玻璃层；在所述ito导电玻璃层的上侧制备电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属阳极和金属阴极，并在所述ito导电玻璃层的下侧制备窄带反射滤光层，获得制备钙钛矿电池单元。

26、本发明的技术效果和优点：

27、1、本发明提供的窄带反射滤光层颜色调制策略，避免了对电池单元功能层的直接影响，充分发挥了钙钛矿材料优异的光电特性，极大地减少了电池单元的效率损失，为提高马赛克钙钛矿太阳电池组件整体效率提供了理想途径；此外，本发明采用的无间隙封装工艺，使得钙钛矿电池单元与封装材料之间没有间隙，有效抑制了钙钛矿材料的挥发与分解，极大地增强了马赛克钙钛矿太阳电池组件的水氧稳定性。

28、2、本发明互连层可以采用柔性或刚性材料，分别对应可穿戴设备或建筑光伏一体化两种应用场景，标准化的马赛克电池单元也为光伏组件的外观设计提供了充分的灵活性，此外，本发明的电池单元以钙钛矿材料基础，相比传统的硅电池单元，大大简化了电池单元的制备工艺、降低了制备成本。

29、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种马赛克钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电池包括：由窄带反射滤光层、ito导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属阳极依次叠加的钙钛矿电池单元、互连层和无间隙封装膜；

2.根据权利要求1所述的马赛克钙钛矿太阳电池，其特征在于，在所述ito导电玻璃层上的侧预留区域设置金属阴极。

3.基于权利要求1-2任一项所述的马赛克钙钛矿太阳电池制备方法，其特征在于，所述方法包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述ito导电玻璃的厚度为0.5～1mm，所述ito导电玻璃层的厚度为50～200nm；所述电子传输层的厚度为50～100nm；所述钙钛矿光吸收层的厚度为100～800nm；所述金属阳极和所述金属阴极的厚度为30～150nm；所述窄带反射滤光层的厚度为40～60μm。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电子传输层包括：sno2电子传输层；所述钙钛矿光吸收层包括：ma0.72fa0.28pb(i0.85cl0.15)3薄膜层、fa0.83cs0.17pbi3-10％pbcl2薄膜层；所述空穴传输层包括：spiro-ometad空穴传输层；所述金属阳极和所述金属阴极包括：ag电极；所述窄带反射滤光层包括：低折射率二氧化硅层和高折射率二氧化钛层的交替结构。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述ito导电玻璃层的下侧制备窄带反射滤光层，包括：在所述ito导电玻璃下侧通过交替沉积1.45折射率二氧化硅和2.31折射率二氧化钛，获得具有不同半峰全宽的窄带反射滤光层。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将多个所述钙钛矿电池单元与所述互连层连接，获得马赛克电池组件，包括：将多个所述钙钛矿电池通过锡焊方式与所述互连层相连接，获得马赛克电池组件。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，制备无间隙封装膜，并通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件，获得马赛克钙钛矿太阳电池，包括：

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述制备sno2电子传输层，包括：将80μl的sno2溶胶在空气环境中以3000rpm的转速，通过30s旋涂在uv-ozone处理后的所述ito导电玻璃层上，制备所述sno2电子传输层。

10.一种马赛克钙钛矿太阳电池制备装置，其特征在于，所述装置包括：

技术总结
本发明公开了一种马赛克钙钛矿太阳电池，包括：由窄带反射滤光层、ITO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属阳极依次叠加的钙钛矿电池单元、互连层和无间隙封装膜；其中，所述互连层与所述钙钛矿电池单元连接形成马赛克电池组件；所述无间隙封装膜通过无间隙封装工艺封装所述马赛克电池组件。本发明提供的窄带反射滤光层颜色调制策略，避免了对电池单元功能层的直接影响，充分发挥了钙钛矿材料优异的光电特性，极大地减少了电池单元的效率损失，为提高马赛克钙钛矿太阳电池组件整体效率提供了理想途径。

技术研发人员：朱卫东,高鹏,乔大勇,郭永刚
受保护的技术使用者：青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁太阳能电力分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1