一种单节钙钛矿太阳能电池及其钙钛矿太阳能电池模块制造技术

本实用新型专利技术提供了一种单节钙钛矿太阳能电池及其钙钛矿太阳能电池模块，所述单节钙钛矿太阳能电池导电层的至少一个断开端具有第一斜坡结构，所述第一斜坡结构具有与基底成110‑170°的第一坡面。所述钙钛矿太阳能电池模块包括两个以上单节钙钛矿太阳能电池；各单节钙钛矿太阳能电池分置于一块整体基底材料上。本实用新型专利技术提供的方案将钙钛矿太阳能电池的导电层的断开端设计为斜坡结构，该特殊结构可以使钙钛矿太阳能电池模块的影响因子、光电转效率稳定性等多方面性能得到显著改善。

【技术实现步骤摘要】
一种单节钙钛矿太阳能电池及其钙钛矿太阳能电池模块
本技术属于太阳能电池
，具体涉及一种单节钙钛矿太阳能电池及其钙钛矿太阳能电池模块。
技术介绍
太阳能光伏发电是解决目前日益严重的能源与环境问题的一种有效手段。经过数十年的发展，电池的种类从传统的单晶硅电池发展到各类新型太阳能电池，包括无机半导体薄膜电池、有机半导体薄膜电池、染料敏化电池以及钙钛矿薄膜电池等。在染料敏化太阳能电池基础上发展起来的钙钛矿太阳能电池，在短短几年内实现了光电转换效率的飙升，被Science评为“2013年十大科学突破”之一。钙钛矿太阳电池光电转换效率在短短几年的研究效率如此迅速的提升，这在太阳能电池研究领域是没有先例的，已经引起了国内外学术界和工业界广泛关注和兴趣。这种新型太阳能电池包括透明导电基底(透明基底上沉积导电层)，在该导电基底上形成的光生电单元(例如，由电子传输层、钙钛矿光电转换层和空穴传输层形成的光生电单元)，以及对电极层。钙钛矿太阳能电池可以分为正式和反式两种，正式太阳能电池基本结构是FTO/电子传输层(如二氧化钛)/钙钛矿/空穴传输层(如Spiro-MeTAD)/金属电极(如Au)；反型钙钛矿电池基本结构是ITO或FTO/空穴传输层(如PEDOT:PSS)/钙钛矿/电子传输层(如PCBM)/金属电极(如Ag)。相比于其他太阳能电池，作为光电转换层的有机-无机杂化钙钛矿具有大的光吸收系数、高的载流子迁移率和价带低等特征，是一种非常良好的光吸收材料。2006年，日本Miyasaka课题组首次报道将CH3NH3PbX3型钙钛矿用于太阳能电池，光电转换效率仅为3％。2011年，韩国Park等报道出此类电池效率提升为6.5％。2013年，英国Snaith等将钙钛矿太阳能电池提高到9％，这时钙钛矿电池的研究引起了太阳能研究领域的高度关注。2014年，韩国Seok课题组通过改善钙钛矿形貌与调节钙钛矿组成成分，大幅度提高了效率，获得了超过20％的认证效。2015年，韩礼元等通过优化界面层，大幅度提高了界面层的导电性，进而可以制备大面积的电池，并采用了无机界面层同时提高了器件的稳定性。这是首次认证的大于1cm2的钙钛矿太阳能电池器件，获得了15％的光电转换效率。钙钛矿太阳能电池在电池效率、器件结构和制备方法上有了迅速进步和发展。但是现在报道的钙钛矿电池的有效面积相对比较小(0.2cm2以下)、并且器件稳定性差，因此这类太阳能电池产业化任重而道远。目前，作为一种仍较为新颖的太阳能电池，研究人员对于器件稳定性方面的研究主要集中在改进材料层的性能方面，但是，这种对材料性能的改进往往伴随着工艺复杂化，以及成本大幅增加的问题。因此，在钙钛矿太阳能电池领域，仍缺乏简便易行且成本较低的可提高器件稳定性方面的工艺设计。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术的目的在于提供一种单节钙钛矿太阳能电池。该电池采用了特殊的结构设计，使得器件稳定性得到改善。本技术的另一目的是提供一种包括上述单节钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池模块。本技术的又一目的是提供一种用于断开钙钛矿太阳能电池中设于基底上的连续导电层的隔断沟道。为达到上述目的，本技术提供了一种单节钙钛矿太阳能电池，该单节钙钛矿太阳能电池导电层的至少一个断开端具有第一斜坡结构，所述第一斜坡结构具有与基底成110-170°的第一坡面。针对现有技术中对器件效率和稳定性方面的改进大多不适用工业化生产的问题，本技术提出了从结构设计层面改善器件效率和稳定性的方案，该方案采用了一种将导电层的断开端设置为斜坡结构的设计。这种设计基本不会增加现有工艺的成本，却可以获得较好的影响因子和稳定性。申请人基于对现有技术中钙钛矿太阳能电池结构的深入研究，经过大量研究发现，电池器件稳定性差除了钙钛矿本身容易分解的问题外，还存在材料层的断开端容易产生过薄或局部断开等缺陷，因此，要提高器件的稳定性，需要设计更合理的结构，以减少上述缺陷的发生。现以现有技术中一种电池模块的结构为例(参考图2和图4)说明上述缺陷形成的原因。图2的导电层中用于隔离单节电池的沟道侧墙呈直角，这将导致后续覆盖的材料层容易在垂直侧墙的上半部分形成一段薄层段(严重时会产生孔洞甚至断开)；尤其是对于蒸镀和溅射工艺制备的材料层而言，这种现象则非常明显。在蒸镀和溅射工艺中，材料层是逐步叠加形成的，而蒸镀和溅射出的材料在直角型的侧墙上进行附着是较困难的，这就使得材料层在垂直侧墙的上半部分(垂直拐角附近)沉积的较少，会不可避免的形成一段薄层段。由于薄层段的存在，该层材料在此处容易断开，而材料层的过薄或断开会影响该层材料的功能(尤其是对于还需要担负隔断作用的材料层，大大增加了上下两层的接触几率，容易形成电荷复合)，严重降低了器件的影响因子和稳定性。基于对上述原因的深刻认识，本技术提出了将导电层的段开端设置为斜坡结构的设计(参考图1和图3)，使得蒸镀和溅射出的材料可以在倾斜的侧墙上顺利附着，而在导电层上最先形成的材料层也会顺延这种斜坡趋势进行生长，后续沉积的材料层也可能延续这种斜坡趋势，可见，仅是通过导电层的斜坡结构就可以大大减少产生薄层段的问题，因而使得钙钛矿太阳能电池的器件影响因子、稳定性、光电转效率等性能得到显著的改善。而且，现有技术中的各种形式的钙钛矿太阳能电池中导电层的断开段基本都能采用本技术提供的斜坡结构设计，因此，该方案具有很广泛的应用范围。本技术提供的方案中，导电层的斜坡结构可以通过常规的干刻或者湿刻方法获得，因此，基本不增加工艺成本。在本技术提供的一种优选实施方式中，采用激光蚀刻法制备斜坡结构。本技术提供的方案中，将斜坡结构的第一坡面设置为与基底呈110-170°的角度可以获得对电池器件稳定性方面较好的改善；在此基础上，角度可以优选为120-160°，进一步优选为130-155°，更选为140-150°。在上述单节钙钛矿太阳能电池中，优选地，所述第一坡面为平面状坡面或阶梯状坡面。进一步优选地，所述阶梯状坡面由若干台阶单元组成，所述台阶单元的拐角角度大于90°。当第一坡面具有阶梯形状时，通过对台阶高度的合理设计(例如，使台阶单元的高度小于材料易沉积处的最低高度)，可避免过薄层的形成，这种结构不仅适用于蒸镀、溅射制备材料层的工艺，而且还适用于喷涂、旋涂等工艺，液态的材料层能够在台阶型坡面上形成滞留，从而制备连续的具有第一坡面结构的材料层。在上述单节钙钛矿太阳能电池中，优选地，该单节钙钛矿太阳能电池包括基底、导电层、对电极，以及设于所述导电层和对电极之间用于实现电子传输、光吸收和空穴传输功能的光生电单元；所述光生电单元由一层或多层功能材料组成。各层材料的制备工艺可采用现有技术中的常规方法(喷涂、旋涂、磁控溅射或者真空蒸镀等)，具体材料的选用和膜厚等参数的参考现有技术中的方案即可。在上述单节钙钛矿太阳能电池中，优选地，所述光生电单元由三层功能材料组成，具体结构为：钙钛矿光吸收层为中间层，电子传输层和空穴传输层分置于钙钛矿光吸收层的两侧。在上述单节钙钛矿太阳能电池中，优选地，所述基底、导电层、对电极或功能材料之间设置有辅助层，所述辅助层用于改善相应层材料的强度、平整度、粘接性或透光率。在上述单节钙钛矿太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，该单节钙钛矿太阳能电池导电层的至少一个断开端具有第一斜坡结构，所述第一斜坡结构具有与基底成110‑170°的第一坡面。

【技术特征摘要】
1.一种单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，该单节钙钛矿太阳能电池导电层的至少一个断开端具有第一斜坡结构，所述第一斜坡结构具有与基底成110-170°的第一坡面。2.根据权利要求1所述的单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述斜坡结构具有与基底成120-160°的第一坡面。3.根据权利要求1所述的单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一坡面为平面状坡面或阶梯状坡面；所述阶梯状坡面由若干台阶单元组成，所述台阶单元的拐角角度大于90°。4.根据权利要求1所述的单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，该单节钙钛矿太阳能电池包括基底、导电层、对电极，以及设于所述导电层和对电极之间用于实现电子传输、光吸收和空穴传输功能的光生电单元；所述光生电单元由一层或多层功能材料组成。5.根据权利要求4所述的单节钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述光生电单元由三层功能材料组成，具体结构为：钙钛矿光吸收层为中间层，电子传输层和空穴传输层分置于钙钛矿光吸收层的两侧；所述导电层包括氧化铟锡层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层；所述基底为玻璃基底、金属基底、陶瓷基底或耐高温有机聚合物基底；所述电子传输层选自无机电子传输材料或有机电子传输材料中的一种或几种的组合；其中，所述无机电子传输材料包括TiO2、ZnO或SnO2；所述有机电子传输材料包括PCBM；所述空穴传输层选自无机空穴传输材料或有机空穴传输材料中的一种或几种的组合；其中，所述无机空穴传输材料包括NiO、Cu2O或MoO3；所述有机空穴传输材料包括Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS或PTAA；所述钙钛矿光吸收层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉，毕恩兵，唐文涛，杨旭东，韩礼元，
申请(专利权)人：苏州黎元新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32