一种钙钛矿太阳电池组件及其制备方法

摘要

本发明涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳电池组件及其制备方法，首先按照图案在FTO导电玻璃上刻蚀掉部分FTO，之后在FTO上制备一系列栅线电极，然后制备电子传输层，钙钛矿层和空穴传输层，缓存层，之后划隔离线，然后按照图案制备透明电极，最后使用玻璃封装得到双面受光的钙钛矿太阳电池组件。本发明通过设计独特的子电池串联方式，得到了一种往复式串联结构的钙钛矿太阳电池组件，只需要一条隔离线，大大降低了组件制备工艺的复杂程度。

权利要求

1.一种钙钛矿太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：a .在FTO导电玻璃上按照图案刻蚀掉部分FTO；

b .在刻蚀图案的FTO上制备栅线电极；

在刻蚀图案的FTO玻璃上制备图案化栅线电极，栅线电极所遮挡FTO的面积不超过

10％，电极材料为金属，厚度为60-80nm；

c .制备电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和缓冲层；

d .划隔离线；

采用激光刻划隔离线，将FTO导电层，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层划去，形成4个独立的子电池；

e .制备透明电极；

通过刻蚀图案的FTO玻璃、图案化透明电极、以及通过一道划线工艺划隔离线，完成子电池的串联，形成一种往复式串联结构；

f .使用玻璃封装得到双面受光的钙钛矿太阳电池组件；

所述钙钛矿太阳能电池组件自下而上由按照图案刻蚀的FTO玻璃，在FTO玻璃上的栅线电极，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层，图案化的透明电极，封装材料，玻璃构成。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池组件的制备方法，其特征在于，步骤c中，通过喷雾热解法制备厚度为30-40nm的氧化锡或者氧化钛薄膜作为电子传输层；通过热蒸发制备碘化铅薄膜，其厚度为200-250nm，将碘化铅薄膜置于MAI蒸汽中，反应形成钙钛矿薄膜，厚度为400-500nm；通过蒸发法制备空穴传输层，厚度为150-200nm，之后再蒸发缓冲层，其厚度为5-10nm。

说明书

一种钙钛矿太阳电池组件及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池组件及其制备方法。

背景技术

[0002] 实验室中，小面积钙钛矿太阳电池的效率已经达到24.2％。已具备了商业化价值，钙钛矿太阳电池推向商业化必须能制备成薄膜太阳电池组件，传统的薄膜电池组件制备方法通过激光刻P1P2P3三条隔离线实现子电池的串联，工艺较复杂，对激光设备精度要求高。而大部分钙钛矿太阳能电池的电子传输层是氧化锡、氧化钛等，其与FTO结构相似，通过激光的方法去除电子传输层而不损伤FTO存在困难。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种往复式串联结构的钙钛矿太阳电池组件结构和制备方法，以降低钙钛矿太阳电池组件产业化生产中的工艺复杂程度。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钙钛矿太阳电池组件，从下而上依次为：按照给定图案刻蚀的FTO玻璃，栅线电极，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层，给定图案的透明电极，封装材料，玻璃。

[0005] 上述钙钛矿太阳电池组件的具体制备方法如下步骤：

[0006] a.在FTO导电玻璃(1)上刻蚀图案；

[0007] 采用激光将(2)所示的图案刻蚀掉；形成如图1(a)所示的图案，斜线部分为刻蚀掉的部分；

[0008] b.在刻蚀好的FTO玻璃(1)上制备栅线电极(3)；

[0009] 将刻蚀好图案的FTO玻璃(1)转移到热发装置中，蒸发图案化栅线电极(3)，电极材料为金属，如铝，厚度为60-80nm，栅线电极所遮挡FTO的面积不超过10％，最好在5％以内。

[0010] c.自下而上依次制备电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层共同构成(4)，其图案如图1(c)所示；

[0011] 通过喷雾热解法制备厚度约为30-40nm的氧化锡薄膜作为电子传输层；

[0012] 通过热蒸发制备碘化铅薄膜，其厚度约为200-250nm，上述碘化铅薄膜与加热的甲胺基碘粉末反应形成钙钛矿薄膜；其厚度约为400-500nm；

[0013] 通过热蒸发法制备空穴传输层如：Sprio-MeOTAD-TTB其厚度为：150-200nm和缓冲层如:MoO3其厚度为5-10nm；

[0014] d.划隔离线(5)；

[0015] 使用532nm激光刻划隔离线(5)，如图1(d)所示,隔离线将划去FTO导电玻璃的导电层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和缓冲层，隔离线宽度为150-200um；间距为1cm；

[0016] e.制备透明电极(6)；

[0017] 制备图案化的透明电极(6)，透明电极的材料为ITO导电薄膜，所制备的ITO厚度为400-500nm，其图案如图1(e)所示；

[0018] f.使用玻璃封装得到双面受光的钙钛矿太阳电池组件，其正面视图如图2所示。

[0019] 本发明的有益效果是：通过设计图案化的FTO，图案化的透明电极，以及隔离线，构成了往复式串联结构，该结构组件只需要一道划线工艺。大大降低了组件制备工艺的复杂程度，且所得电池组件的效果不低于传统组件的效果。

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

[0021] 图1是本发明电池组件制备的流程图；其中，1.FTO玻璃，2.刻蚀掉的FTO图案，3.栅线电极，4.依次制备的电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、缓冲层；5.隔离线，6.图案化透明电极。

[0022] 图2是本发明组件的正面效果图。

具体实施方式

[0023] 现在结合附图以及具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0024] 实施例1

[0025] 1、在一块40mm*40mm的FTO(1)上，利用532nm激光在边缘刻蚀图案2，其图案尺寸为10mm*5mm，间隔为10mm。

[0026] 2、在刻蚀好图案的FTO玻璃上制备图案化栅线电极(3)

[0027] 栅线电极3的制备方法为热蒸发，蒸发的材料为铝，蒸发温度为:700摄氏度，厚度为60nm。

[0028] 3、制备氧化锡薄膜作为电子传输层。

[0029] 氧化锡薄膜的制备方法为喷雾热解法：将基片放置到500摄氏度热台上，使用干燥空气作为载气，500mM的二氯乙酰丙酮锡的乙醇溶液作为前驱体，喷头距离基片20厘米，喷涂4个循环，得到约30nm厚的氧化锡薄膜。

[0030] 4、制备钙钛矿薄膜

[0031] 通过碘化铅薄膜与甲胺基碘蒸汽反应得到钙钛矿薄膜。

[0032] 首先通过热蒸发制备碘化铅薄膜：将碘化铅粉末放置到坩埚中，坩埚加热到350摄氏度，所蒸发的碘化铅薄膜的厚度为200nm；

[0033] 将甲胺基碘粉末均匀的平铺到一个带有小孔的不锈钢板上，并压实，厚度大约200um。将所蒸发的碘化铅薄膜倒扣在甲胺基碘粉末上，不锈钢板上放置到一个真空腔内，真空腔体抽真空到1000Pa，不锈钢板加热到90摄氏度，持续时间为20分钟，碘化铅薄膜与甲基胺碘反应形成钙钛矿薄膜，厚度大约400nm。

[0034] 6、制备空穴传输层和缓冲层；

[0035] 利用热蒸发法制备空穴传输层，蒸发的材料为Sprio-MeOTAD-TTB，蒸发温度为150摄氏度，厚度约为150nm。

[0036] 利用热蒸发法制备缓冲层，蒸发的材料为MoO3，蒸发温度为800摄氏度，厚度为5nm。

[0037] 7、刻划隔离线5；

[0038] 使用532nm激光刻划隔离线5，将FTO层导电层，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层全部划去，形成4个独立子电池；

[0039] 8、制备图案化透明电极6

[0040] 通过磁控溅射法制备图案化的透明电极(6)，透明电极的材料为ITO导电薄膜，使用13.56MHZ射频源，气氛为氩气，压强为0.3pa，所使用的靶材为(氧化铟/氧化锡陶瓷靶材)其质量比为9比1，所制备的ITO厚度为400nm，其图案如图1(e)所示；

[0041] 9、封装；

[0042] 所制备的太阳能电池通过刮涂法涂布紫外固化胶水，之后盖上同样大小的钢化玻璃，紫外光照射20秒实现固化，进而形成钙钛矿太阳能电池组件。

[0043] 实施例2

[0044] 1、在一块40mm*40mm的FTO(1)上，利用532nm激光在边缘刻蚀图案2，其图案尺寸为10mm*5mm，间隔为10mm。

[0045] 2、在刻蚀好图案的FTO玻璃上制备图案化栅线电极(3)

[0046] 栅线电极3制备方法为热蒸发，蒸发的材料为铝，蒸发温度为:700摄氏度，厚度为60nm。

[0047] 3、制备氧化钛薄膜作为电子传输层。

[0048] 氧化钛薄膜的制备方法为喷雾热解法：将基片放置到450摄氏度热台上使用氧气作为载气，500mM的二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的乙醇溶液作为前驱体，喷头距离基片20厘米，喷涂4个循环，得到约30nm厚的氧化钛薄膜。

[0049] 4、制备钙钛矿薄膜

[0050] 通过碘化铅薄膜与甲胺基碘蒸汽反应得到钙钛矿薄膜。

[0051] 首先通过热蒸发制备碘化铅薄膜：将碘化铅粉末放置到坩埚中，坩埚加热到350摄氏度，所蒸发的碘化铅薄膜的厚度为200nm；

[0052] 将甲胺基碘粉末均匀的平铺到一个带有小孔的不锈钢板上，并压实，厚度大约200um。将所蒸发的碘化铅薄膜倒扣在甲胺基碘粉末上部，不锈钢板上放置到一个真空腔内，真空腔体抽真空到1000Pa，不锈钢板加热到90摄氏度，持续时间为20分钟，碘化铅薄膜与甲基胺碘反应形成钙钛矿薄膜,钙钛矿薄膜的厚度为400nm。

[0053] 6、制备空穴传输层和缓冲层；

[0054] 利用热蒸发法制备空穴传输层，蒸发的材料为Sprio-MeOTAD-TTB，蒸发温度为150摄氏度，厚度约为150nm。

[0055] 利用热蒸发法制备缓冲层，蒸发的材料为MoO3，蒸发温度为800摄氏度，厚度为5nm。

[0056] 7、刻划隔离线5；

[0057] 使用532nm激光刻划隔离线5，将FTO层导电层，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层，缓冲层全部划去，形成4个独立子电池；

[0058] 8、制备图案化透明电极6

[0059] 通过磁控溅射法制备图案化的透明电极(6)，透明电极的材料为ITO导电薄膜，使用13.56MHZ射频源，气氛为氩气，压强为0.3pa，所使用的靶材为(氧化铟/氧化锡陶瓷靶材)其质量比为9比1，所制备的ITO厚度为400nm，其图案如图1(e)所示；

[0060] 9、封装；

[0061] 所制备的太阳能电池通过刮涂法涂布紫外固化胶水，之后盖上同样大小的钢化玻璃，紫外光照射20秒实现固化，进而形成钙钛矿太阳能电池组件。

[0062] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。