一种钙钛矿光伏组件及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，涉及钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿光伏组件及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池凭借材料成本低、能带结构可调、吸收系数高、制备工艺简单、载流子扩散长度长等优势，同时也是最有可能与市场上的其他光伏器件相媲美的商业化的光伏产品，因此得到了越来越多的科研人员与厂商的关注，使得人们看到了钙钛矿太阳能电池组件的巨大潜力和广阔前景。

2、现有技术中的钙钛矿太阳能电池组件结构一般包括层叠设置的衬底、透明导电层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极。目前的钙钛矿太阳能电池组件的稳定性较差、生产成本较高，难以实现大规模商业化生产，同时背电极大都采用金属材料。

3、钙钛矿太阳能电池组件中使用的金属材料多为铝、铜、银、金等导电性好的金属，其中金的稳定性虽然最好，但价格昂贵，不利于商业化生产；银、铜、铝会相对便宜，但金属都具有扩散性，而且金属层中的金属离子会迁移到钙钛矿层中破坏钙钛矿晶格结构，导致无法有效的解决组件稳定性问题。此外，制备完金属电极后再刻蚀p3线时，激光直接作用于钙钛矿层，通过钙钛矿层吸收激光发射出的能量来冲破金属背电极，虽然该方法可以将电池分割成串联的多个子电池，但同时也刻蚀了第二电荷传输层和钙钛矿层，故而将导致p3线槽两侧的钙钛矿材料裸露于空气中，不利于钙钛矿太阳能电池组件的稳定性。

4、虽然可以在金属电极层与钙钛矿吸收层之间增加隔绝层，以实现对金属电极材料的阻碍，但组件中的p2线槽的切面处，钙钛矿会与再沉积的背电极金属材料直接接触，依然会导致金属离子迁移到钙钛矿层中，进而缓慢破坏钙钛矿的晶格结构，仍然无法从根本上解决组件的稳定性问题。

5、对此，需要提供一种规避金属电极影响，且稳定性良好的钙钛矿光伏组件及其制备方法与应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钙钛矿光伏组件及其制备方法，所述钙钛矿光伏组件能够避免钙钛矿吸收层中的卤素离子对背电极的腐蚀，同时隔绝载流子复合、离子迁移以及水氧扩散，降低了钙钛矿层分解的风险，延长了组件的使用寿命；而且，能够利用同一台设备完成隔绝层与背电极的制备，降低了生产成本，同时可以耐受更高的加工温度，有利于光伏组件的制备，易于大面积生产，更有利于大规模商业化应用。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种钙钛矿光伏组件，所述钙钛矿光伏组件包括层叠设置的底电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层、第二电荷传输层、隔离层以及背电极；

4、所述钙钛矿光伏组件还包括p1线槽、p2线槽、p3线槽以及保护线槽；

5、所述保护线槽中填充有隔离层的材料；

6、所述保护线槽贯穿第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不破坏底电极层；所述保护线槽包括至少2个保护槽，至少1个保护槽设置于p2线槽远离p3线槽的一侧，至少1个保护槽设置于p3线槽远离p2线槽的一侧；

7、所述隔离层的材质为第一透明导电氧化物，所述背电极的材质为第二透明导电氧化物；且所述隔离层的方阻大于背电极的方阻。

8、本发明所述底电极层具有导电能力，本领域技术人员可以根据需要选择合适的材料；一般而言，所述底电极层为透明导电层，一般覆盖在透明绝缘基底上；所述透明绝缘基底包括但不限于玻璃基底。

9、提供的钙钛矿光伏组件中，所述p1线槽设置于底电极层；所述p2线槽贯穿隔离层、第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不破坏底电极层；所述p3线槽贯穿背电极、隔离层、第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不破坏底电极层。

10、本发明提供的钙钛矿光伏组件通过使背电极的材质为第二透明导电氧化物，能够避免钙钛矿吸收层中的卤素离子对背电极的腐蚀，同时隔绝载流子复合、离子迁移以及水氧扩散，降低了钙钛矿层分解的风险，延长了组件的使用寿命；而且，使隔离层与背电极的材质分别独立地为透明导电氧化物，能够利用同一台设备完成隔绝层与背电极的制备，降低了生产成本，同时可以耐受更高的加工温度，有利于光伏组件的制备，易于大面积生产，更有利于大规模商业化应用。

11、而保护线槽的设计，能够在p2线槽以及p3线槽的两侧形成隔离层，阻碍了钙钛矿吸收层中卤素离子对背电极的腐蚀，同时阻隔了载流子复合、离子迁移、水氧扩散，降低了钙钛矿吸收层分解的风险，延长了钙钛矿组件结构的使用寿命；而且，保护槽之间残留区域的钙钛矿吸收层能够在p2或p3划刻过程中保护底电极，避免了激光发出的能量直接作用于底电极层，降低了底电极层刻蚀损伤的风险，提高了钙钛矿组件结构的填充因子、效率以及稳定性；同时也能够避免激光刻蚀p2线槽与p3线槽时，横截面参差不齐、崩边、起皮的现象，降低了组件中子电池之间短路的风险，提高了钙钛矿组件结构的效率及稳定性。

12、优选地，所述背电极的方阻为10-20ω/□。

13、优选地，所述隔离层的方阻为500-3000ω/□以上。

14、优选地，所述隔离层的方阻为800-1500ω/□。

15、优选地，所述背电极所用材质包括iwo、fto、ito、azo、ato、igo或bzo中的任意一种或至少两种的组合。

16、优选地，所述隔离层所用材质包括iwo、fto、ito、azo、ato、igo或bzo中的任意一种或至少两种的组合。

17、优选地，所述保护线槽包括2个保护槽，所述2个保护槽的间距为0-1mm，且不为0mm；

18、所述2个保护槽的间距大于单个保护槽的宽度。

19、第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述钙钛矿光伏组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

20、(1)获取第一结构组件，所述第一结构组件包括底电极层、第一电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第二电荷传输层；

21、(2)根据p2线槽的预留位置以及p3线槽的预留位置制备保护线槽，所述保护线槽贯穿第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不损伤底电极层；

22、(3)在所述第二电荷传输层表面和保护线槽内设置隔离层；

23、(4)在p2线槽的预留位置刻蚀p2线槽，所述p2线槽贯穿隔离层、第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不损伤底电极层；

24、(5)在所述隔离层表面及所述p2线槽内制备背电极；

25、(6)在p3线槽的预留位置刻蚀p3线槽，所述p3线槽贯穿背电极、隔离层、第二电荷传输层、钙钛矿吸收层以及第一电荷传输层，且不损伤底电极层，得到所述钙钛矿光伏组件。

26、优选地，步骤(3)所述隔离层的设置方法包括原子层沉积、反应式等离子体沉积、电子束、磁控溅射或真空热蒸发的任意一种或至少两种的组合；

27、步骤(5)所述背电极的设置方法包括原子层沉积、反应式等离子体沉积、电子束、磁控溅射或真空热蒸发的任意一种或至少两种的组合；

28、所述隔离层的厚度为20-40nm。

29、优选地，所述隔离层的材料包括ito，步骤(3)所述隔离层的设置方法包括：使用电子束气相沉积法在第二电荷传输层表面以及保护线槽内制备一层ito，其中样品平台的转速为10-20r/min，沉积速率为沉积腔室温度为55-65℃。

30、优选地，所述背电极的材料包括ito，使用磁控溅射法制备步骤(5)所述背电极，所述溅射的工艺包括：反应气体包括流量为160-180sccm的氩气和流量为8-12sccm的氩氧混合气，所述氩氧混合气中氩气与氧气的体积比为(8-12):1，溅射功率为550-650w，ito层的沉积速率为6-8nm/min。

31、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

32、本发明提供的钙钛矿光伏组件通过使隔离层和背电极的材质均为透明导电氧化物，能够避免钙钛矿吸收层中的卤素离子对背电极的腐蚀，同时隔绝载流子复合、离子迁移以及水氧扩散，降低了钙钛矿层分解的风险，延长了组件的使用寿命；而且，能够利用同一台设备完成隔绝层与背电极的制备，降低了生产成本，同时可以耐受更高的加工温度，有利于光伏组件的制备，易于大面积生产，更有利于大规模商业化应用。

33、而保护线槽的设计，能够在p2线槽以及p3线槽的两侧形成隔离层，阻碍了钙钛矿吸收层中卤素离子对背电极的腐蚀，同时阻隔了载流子复合、离子迁移、水氧扩散，降低了钙钛矿吸收层分解的风险，延长了钙钛矿组件结构的使用寿命；而且，保护槽之间残留区域的钙钛矿吸收层能够在p2或p3划刻过程中保护底电极，避免了激光发出的能量直接作用于底电极层，降低了底电极层刻蚀损伤的风险，提高了钙钛矿组件结构的填充因子、效率以及稳定性；同时也能够避免激光刻蚀p2线槽与p3线槽时，横截面参差不齐、崩边、起皮的现象，降低了组件中子电池之间短路的风险，提高了钙钛矿组件结构的效率及稳定性。