一种建筑外墙的喷涂式钙钛矿光伏建筑一体化制备方法与流程

本发明涉及建筑光伏一体化制备，特别是涉及一种建筑外墙的喷涂式钙钛矿光伏建筑一体化制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(psc)作为一种新兴的光伏电池(pv)，其高的光电转换效率、可柔性化、材料来源广泛，制备工艺多样化等使其具有极佳的发展前景和广泛的运用(smartcities 2023,6(5),2430-2446)。相较于许多传统太阳能电池，psc可以是半透明的(st)，这有利于许多创新应用，包括光伏建筑一体化(bipv)。尽管目前已经开发了不少bipv技术，如光伏建筑幕墙组件、光伏玻璃幕墙等，但大多数的运用都集中于屋顶及玻璃上，尽管也有一些技术针对建筑墙体展开，但是由于太阳能电池的制备方式及制备环境的限制，如晶硅太阳能电池的制备需要高温融化及后续的切割、酸洗等，因此现有墙体光伏建筑一体化多为预制组件的装配，这种方式对于墙体形状有要求，灵活性和适用性较差，且以上方式中太阳能电池的选择集中于硅基等传统太阳能电池。然而，尽管钙钛矿太阳能电池具有可柔性化、材料来源广泛、高的光电转换效率等优势，但是现有钙钛矿太阳能电池的制备方式主要为丝网印刷、旋涂、蒸镀、涂布等，同时钙钛矿太阳能电池的制备对环境的要求很苛刻，许多要求在氮气及其他惰性气体氛围下制备。因此，目前，还没有在墙体上一体化制备钙钛矿太阳能电池的技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种建筑外墙的喷涂式钙钛矿光伏建筑(钙钛矿太阳能电池)一体化制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。本发明的钙钛矿光伏建筑可以在建筑墙体上一体化制备，克服了现有的预制组件受墙体形状、尺寸限制的问题，可以实现钛矿太阳能电池的个性化定制。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种建筑外墙的喷涂式钙钛矿光伏建筑(钙钛矿太阳能电池)一体化制备方法，包括以下步骤：

4、在墙面上布置底电极、介孔层、顶电极，并在介孔层中注入钙钛矿活性材料。

5、进一步地，所述一体化制备方法，具体包括以下步骤：

6、在墙面上依次布置底电极、介孔层、顶电极，然后在介孔层中注入钙钛矿活性材料，最后喷涂制备透明防水固化层、制备接线盒。

7、进一步地，所述介孔层包括介孔碳电极、介孔阻挡层和介孔传输层；

8、所述介孔碳电极的布置方法，具体包括：在布置底电极的墙面上喷涂介孔碳电极浆料，然后进行高温处理，高温处理的温度为100～300℃，时间为1～10min；

9、更进一步地，所述介孔碳电极的厚度为10～20μm。

10、所述介孔阻挡层的布置方法，具体包括：在介孔碳电极上喷涂介孔阻挡层浆料，然后进行高温处理，高温处理的温度为100～300℃，时间为1～10min；

11、更进一步地，所述介孔阻挡层的厚度为0.3～2μm。

12、所述介孔传输层的布置方法，具体包括：在介孔阻挡层上喷涂介孔传输层浆料，然后在100～300℃下高温处理1～10min。

13、更进一步地，所述介孔传输层浆料的主要成分包括介孔二氧化钛。

14、更进一步地，所述介孔传输层的厚度为0.3～2μm。

15、以上高温处理的作用均是造孔及固化，同时可以根据介孔碳电极浆料、介孔阻挡层浆料和介孔传输层浆料的不同，进行造孔温度、固化温度、造孔和固化方式的调整。

16、更进一步地，所述高温处理的升温方式包括热辐射或激光加热。

17、进一步地，所述一体化制备方法，还包括，在注入钙钛矿活性材料后进行退火处理；所述退火处理的温度为50～80℃，时间为1～10min。

18、通过靠近墙面一侧的介孔碳电极收集钙钛矿活性层光生伏特效应所产生的空穴，远离墙面一侧的顶电极来收集钙钛矿太阳能电池光生伏特效应所产生的电子。

19、进一步地，所述一体化制备方法，具体包括以下步骤：

20、在墙面上依次布置底电极、致密空穴阻挡层、介孔层，然后在介孔层中注入钙钛矿活性材料，接着布置空穴传输层、顶电极，最后喷涂制备透明防水固化层、制备接线盒。

21、更进一步地，所述底电极的厚度为0.3～20μm。

22、进一步地，所述致密空穴阻挡层的布置方法，具体包括，喷涂致密空穴阻挡层浆料，并进行高温固化处理，高温固化处理的温度为100～300℃；所述致密空穴阻挡层浆料的主要成分包括致密二氧化钛；

23、根据致密空穴阻挡层浆料主要成分的不同，可以进行温度及处理方式的调整。

24、更进一步地，所述致密空穴阻挡层的厚度为0.3～2μm。

25、所述介孔层包括介孔传输层和介孔阻挡层；

26、所述介孔传输层的布置方法，具体包括：在致密空穴阻挡层上喷涂介孔传输层浆料，然后进行高温处理，高温处理的温度为100～300℃，时间为1～10min；所述介孔传输层浆料的主要成分包括介孔二氧化钛。

27、更进一步地，所述介孔传输层的厚度为0.3～2μm。

28、所述介孔阻挡层的布置方法，具体包括：在介孔传输层上喷涂介孔阻挡层浆料，然后进行高温处理，高温处理的温度为100～300℃，时间为1～10min；所述高温处理的升温方式包括热辐射或激光加热。

29、更进一步地，所述介孔阻挡层的厚度为0.3～2μm。

30、以上高温处理的作用均是造孔及固化，同时可以根据介孔传输层浆料和介孔阻挡层浆料的不同，进行造孔温度、固化温度、造孔和固化方式的调整。

31、进一步地，所述一体化制备方法，还包括，注入钙钛矿活性材料后，布置空穴传输层前，进行退火处理，退火处理的温度为50～80℃，时间为1～10min；

32、所述空穴传输层的布置方法，具体包括：在注入钙钛矿活性材料后喷涂空穴传输层浆料，然后进行退火处理，退火处理的温度为60～100℃(固化及形成良好界面)，时间为1～10min。

33、更进一步地，所述空穴传输层浆料的主要成分包括pedot:pss。

34、进一步地，所述顶电极的布置方法，具体包括：在空穴传输层上预设特定顶电极图案(网格)，然后喷涂顶电极材料，并进行固化处理；

35、所述顶电极材料包括银纳米线或铜纳米线等透明电极；所述固化处理的温度为60～100℃，时间为1～10min；

36、所述固化处理的升温方式包括热辐射或激光加热。

37、通过靠近墙面一侧的底电极收集钙钛矿活性层光生伏特效应所产生的光生电子，远离墙面一侧的顶电极来收集钙钛矿太阳能电池光生伏特效应所产生的空穴。

38、更进一步地，所述钙钛矿活性材料的主要成分包括abx3结构晶体；

39、其中，a为cs、fa、ma和rb中的一种或多种；b为pb、sn和bi中的一种或多种；x为i、cl和br中的一种或多种。

40、更进一步，所述制备透明防水固化层采用的防水材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚碳酸酯(pc)。

41、防水材料对墙面钙钛矿太阳能电池具有水氧保护作用，同时可以使钙钛矿太阳能电池更好的覆着在墙面上。

42、更进一步，在墙面上布置底电极前，还包括，对墙面进行找平处理；所述找平处理的方法包括打磨或制备找平层。

43、墙面上布置的底电极的作用是收集钙钛矿太阳能电池光生伏特效应所产生的光生载流子。

44、本发明的技术方案之二：一种上述一体化制备方法制备的钙钛矿光伏建筑。

45、本发明的技术方案之三：一种上述钙钛矿光伏建筑作为太阳能电池的应用。

46、更进一步，所述太阳能电池包括平面钙钛矿太阳能电池或介孔钙钛矿太阳能电池。

47、本发明公开了以下技术效果：

48、(1)本发明的钙钛矿光伏建筑(钙钛矿太阳能电池)可以在建筑墙体上一体化制备，克服了现有的预制组件受墙体形状、尺寸限制的问题，可以实现钙钛矿太阳能电池的个性化定制。

49、(2)本发明首次发明了一种采用喷涂方式在建筑墙面上直接制备钙钛矿太阳能电池的方法，通过一种简单的方式实现钙钛矿太阳能电池的建筑墙面光伏建筑一体化(bipv)。由于本发明所提出的一种建筑外墙的喷涂式钙钛矿光伏建筑一体化制备方法所制备的钙钛矿太阳能电池具有超薄(10～30微米尺寸)特点，同时各层选用的溶液喷涂法以及后续的透明导电防水层具有的粘黏性使得钙钛矿太阳能电池器件能够紧密的依附于建筑外墙上，后续安装外部电路则通过对外部线路进行单独固定的方式，相比于现有技术，本发明提供的方法克服了传统bipv预制光伏组件存在的安装工艺复杂以及难以适用不规则墙面的问题。

50、(3)本发明采用喷涂的方式将钙钛矿太阳能电池制备于墙体上，使钙钛矿太阳能电池与建筑墙体相结合，扩宽了钙钛矿太阳能电池的运用范围。