一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池模块包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、图形化的钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的碳电极；相邻的所述单节钙钛矿太阳能电池单元的钙钛矿活性层不连续，所述连接单元不包括钙钛矿活性层。

Perovskite solar cell module and preparation method thereof

The invention relates to a perovskite solar cell module and a preparation method thereof. The perovskite solar cell module comprises a plurality of single perovskite solar cell units and a connecting unit connecting adjacent single perovskite solar cell units, wherein the single perovskite solar cell unit comprises a successive stacking. A substrate, a conductive layer, a hole barrier layer, a mesoporous support layer, a patterned perovskite active layer and a carbon electrode are added. The connecting unit comprises an insulating belt arranged between the conductive layers of an adjacent single perovskite solar cell unit and a carbon electrode connected with an adjacent single perovskite solar cell unit. The perovskite active layer of the single perovskite solar cell unit is discontinuous, and the connecting unit does not include the perovskite active layer.

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的逐渐加剧，人类对可再生能源的需求越来越大。太阳能具有安全、无污染、不受地理条件限制等优势，是各种可再生能源中应用最为广泛、最有发展前途的一种。而在各种有效利用太阳能的技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。在众多新型太阳能电池里，钙钛矿太阳能电池(perovskitesolarcells)具有优异的光电转换性能，所需的原材料储量丰富，制备工艺简单，是最具有应用前景的太阳能电池之一。尽管钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到20％以上，与硅基太阳能电池相近，但是其电池尺寸都很小，不到1cm2，因此，需要开发大尺寸的钙钛矿太阳能电池以推进产业化。直接将电池尺寸增大会显著增加载流子复合几率，从而引起光电流、光电压及转换效率的急剧降低。通过将多个单节钙钛矿太阳能电池串联的方法制备钙钛矿太阳能电池模块，能够，能够有效地避免能量损失。但是钙钛矿活性层的制备方法常用旋涂法，在相邻单节电池的连接处残留的钙钛矿薄膜会增大串联电阻，也不利于器件的长期稳定性，因此对钙钛矿的图形化制备非常关键。专利文献1公开了一种大面积钙钛矿太阳能电池模块，通过刻蚀工艺去除分隔区域的钙钛矿活性层，但是该技术方案增大了工艺的复杂性。AnishPriyadarshi等人(EnergyEnviron.Sci.,2016,9,3687--3692)和专利文献2分别公开了一种基于煅烧碳电极的大面积钙钛矿太阳能电池模块。该技术方案中钙钛矿需要后续填充渗透至电池结构中，钙钛矿的均一性较难控制，也很难避免钙钛矿渗透至相邻单节电池的分隔区域中。因此，在钙钛矿太阳能电池领域，仍然缺乏简便易行且成本较低的模块设计。现有技术文献：专利文献1：中国专利公开CN106910827A；专利文献2：中国专利公开CN105576135A。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法，能够有效地提高钙钛矿太阳能电池模块的性能。一方面，本专利技术的钙钛矿太阳能电池模块，包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、图形化的钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的碳电极；相邻的所述单节钙钛矿太阳能电池单元的钙钛矿活性层不连续，所述连接单元不包括钙钛矿活性层。根据本专利技术，该钙钛矿太阳能电池模块基于图形化的钙钛矿活性层。钙钛矿图形化是指通过涂覆工艺直接实现条状排列，相互之间分隔开的钙钛矿薄膜。在现有技术中，钙钛矿图形化是通过制备好薄膜后，再刻蚀去部分钙钛矿薄膜形成的。本专利技术中直接通过涂覆工艺来获得图形化的钙钛矿薄膜，简化了工艺，也可避免后续刻蚀对钙钛矿薄膜的破坏，以及避免刻蚀掉的钙钛矿的粉尘污染。通过钙钛矿活性层的图形化避免在相邻单节钙钛矿太阳能电池之间残留钙钛矿，可有效降低电流在通过连接单元时的损耗。又，本专利技术中，还包括连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极，所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。银线辅助电极能够提高电子收集能力，降低电流经过每个串联的单节太阳能电池单元时，所引起的能量损耗。也就是说，若引入辅助电极，将进一步提高电流收集能力；能够有效降低了单节电池之间的串联电阻，从而极大地提高了电荷收集能力。又，本专利技术中，各单节钙钛矿太阳能电池单元排列于一块衬底上，相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间为串联连接。制备条状电池的串联模块能够避免电池面积增大，载流子传输路径增长引起的载流子复合率的增加，有效避免了太阳能电池面积放大带来的效率急剧降低的问题。又，本专利技术中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度为5-20mm，优选为6-12mm。DSC是12mm宽的单元两侧有两条银线，实际电子传输路径6mm宽，因此优选6-12mm是有数据支持的。当模块基片尺寸不变时，若单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度过窄，则串联的条数会增加，不参与发电的连接单元也随之增加，会大大降低电池的有效面积及开口率。若单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度过宽，则单节电池单元内部的载流子传输路径增长，载流子复合率提高，会降低电池模块的转换效率。又，本专利技术中，所述连接单元的宽度为0.2-8mm，优选为0.3-3.5mm。连接单元的宽度过宽，将增大不发电的无效面积，降低电池模块的开口率，而连接单元的宽度过窄，刻蚀线可能难以完全刻断绝缘，无法实现有效的串联结构。又，本专利技术中，所述衬底为玻璃，所述导电层包括氧化铟锡层或掺杂氟的氧化锡层；所述空穴阻挡层包括TiO2、ZnO或SnO2中的一种或几种的组合；所述介孔支架层包括TiO2、ZrO2或Al2O3中的一种或几种的组合；所述钙钛矿活性层中包括一种或几种钙钛矿材料ABX3，A为甲胺、甲脒基团或铯离子，B为Pb或Sn离子，X为卤族元素I、Cl或Br；所述碳电极包括石墨片、碳黑、碳纤维或石墨烯中的一种或几种的组合。碳电极来源丰富，其费米能级与钙钛矿材料相匹配，并具有可低温制备的优势，相比需要高温高压热蒸镀的贵金属电极，制备工艺简便，成本低廉，对环境更为友好。并且碳电极具有疏水性，所制备的钙钛矿太阳能电池长期稳定性更好。另一方面，本专利技术提供一种上述钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对衬底上的导电层进行刻蚀，形成相邻单节钙钛矿太阳能电池单元之间的绝缘带；(2)在所述导电层和绝缘带上制备空穴阻挡层；(3)在所述空穴阻挡层上制备介孔支架层；(4)在所述介孔支架层上制备图形化的钙钛矿活性层，其中，相邻的所述单节钙钛矿太阳能电池单元的钙钛矿活性层不连续；(5)在钙钛矿活性层上制备碳电极，获得所述钙钛矿太阳能电池模块。根据本专利技术制备的钙钛矿太阳能电池模块能够有效地提高光电转换效率，同时避免了钙钛矿和辅助电极的接触，有助于器件稳定性的提高，且空穴阻挡层可不用刻蚀，大大简化了制备工艺。优选地，还可在相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间制备辅助电极。又，本专利技术中，图形化的所述钙钛矿活性层的制备方法包括刮刀法、印刷法、狭缝涂布、喷涂法中的一种或几种的组合。根据本专利技术，可以有效地形成图形化钙钛矿活性层。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述及其他目的、特征和优点。附图说明图1为实施例1中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；图2为实施例2中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；图3为对比例1中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；图4为对比例2中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意图；图5为一实施形态的图形化钙钛矿薄膜的示意图；图6为实施例1(方形点线)、实施例2(圆形点线)、实施例3(三角形点线)、对比例1(菱形点线)及对比例2(星形点线)中钙钛矿太阳能电池模块的电流密度-电压曲线图；附图标记：1、衬底，2、导电层，3、空穴阻挡层，4、介孔支架层，5、钙钛矿活性层，6、碳电极，7、辅助电极。具体实施方式针对现有技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、图形化的钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的碳电极；相邻的所述单节钙钛矿太阳能电池单元的钙钛矿活性层不连续，所述连接单元不包括钙钛矿活性层。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，包括：多个单节钙钛矿太阳能电池单元和连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的连接单元，其中，所述单节钙钛矿太阳能电池单元包括依次叠加设置的衬底、导电层、空穴阻挡层、介孔支架层、图形化的钙钛矿活性层及碳电极，所述连接单元包括设于相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的导电层之间的绝缘带、连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的碳电极；相邻的所述单节钙钛矿太阳能电池单元的钙钛矿活性层不连续，所述连接单元不包括钙钛矿活性层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，还包括连接相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元的辅助电极，所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，各单节钙钛矿太阳能电池单元排列于一块衬底上，相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间为串联连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述单节钙钛矿太阳能电池单元的宽度为5-20mm，优选为6-12mm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在于，所述连接单元的宽度为0.2-8mm，优选为0.3-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松旺，邵君，赵庆宝，黄绵吉，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31