一种钙钛矿太阳能电池模块制造技术

本实用新型专利技术涉及的一种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、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辅助电极及碳电极。本实用新型专利技术能够有效地提高钙钛矿太阳能电池模块的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池模块
本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。
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。与贵金属电极相比，基于碳电极的钙钛矿太阳能电池其制备工艺更为简便，并具有更优异的长期稳定性。AnishPriyadarshi等人(EnergyEnviron.Sci.,2016,9,3687--3692)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，该电池模块有效吸光面积达到70cm2，光电转换效率达到10.46％。专利文献1则公开了一种大面积全固态钙钛矿介观太阳能电池的制备方法，该技术方案同样基于煅烧碳电极，通过改善钙钛矿的填充工艺，获得了10％以上的光电转换效率。上述两种工艺通过煅烧提高碳电极的导电性，但是煅烧工艺一方面使得制备工艺更为复杂，并限制了其在柔性基底上的应用；另一方面，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，也难以实现对钙钛矿结晶性和形貌的调控。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CN105576135A。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本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、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辅助电极及碳电极。根据本技术，通过设置辅助电极，能够极大地提高电荷收集能力，有效降低串联电阻，从而有效降低了能量损耗，由此有效提高了器件光电转换效率。且本技术的钙钛矿太阳能电池模块易于制备。本技术中的钙钛矿活性层是在基片上涂覆一整面薄膜制备而成。传统工艺中，钙钛矿薄膜制备好后，再刻蚀去部分钙钛矿薄膜，以避免子电池单元之间的间隔区域残留的钙钛矿增大串联电阻，影响电流收集。然而该工艺的缺点在于工艺复杂，刻蚀难免对钙钛矿薄膜有一定破坏性，且刻蚀造成的粉尘污染对环境有害。因此，本技术提出辅助电极来提高电流收集，该辅助电极位置例如可形成为，将第一个子电池单元的碳电极、钙钛矿活性层与相邻的第二个子电池单元的负极连接，提高了电流流经相邻单元的收集能力，避免了能量损失，从而不需要对钙钛矿薄膜进行刻蚀处理。又，本技术中，所述辅助电极为银线，宽度为0.01-2mm，厚度为0.1-20μm。又，本技术中，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。随着太阳能电池面积的放大，载流子传输路径增长，载流子复合率增加，效率急剧降低。制备条状电池的串联模块能够避免载流子路径增长引起的复合率高的问题，可获得高性能电池模块。又，本技术中，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，如果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。如果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、ZnO、SnO2、Al2O3、NiO、SiO2、BaSnO2、SrTiO3、Zn2SnO4、BaTiO3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，本技术还提供了一种前述钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，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)在相邻的单节钙钛矿太阳能电池单元之间制备辅助电极；(5)在所述介孔支架层上制备钙钛矿活性层；(6)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，且空穴阻挡层可不用刻蚀，大大简化了制备工艺。又，本技术中，所述空穴阻挡层，其薄膜在每个单节钙钛矿太阳能电池单元之间连续或者不连续。传统工艺中，空穴阻挡层制备后，刻蚀去部分阻挡层薄膜，去除子电池单元间隔部分的阻挡层薄膜。这一工艺增加了工艺复杂性，且会在刻蚀过程中引起粉尘污染。本技术提出的电池模块，应用辅助电极提高电流收集，空穴阻挡层可连续，也可不连续，提高了该电池模块结构对于不同工艺的普适性。且可不刻蚀的空穴阻挡层使得制备工艺更为简便。又，本技术中，步骤(2)至步骤(6)所述制备方法包括旋涂、喷涂、丝网印刷、刮刀法、狭缝涂布法中的一种或多种的组合。又，本技术中，在所述钙钛矿活性层上低温制备所述碳电极，所述钙钛矿活性层的薄膜形貌能够通过包括反溶剂法、溶剂退火、表面气体吹扫、真空辅助中的一种或多种的组合的调控方法进行调控。根据本技术，该钙钛矿太阳能电池模块基于低温制备的碳电极，能够实现对钙钛矿活性层的形貌调控，有利于提高模块性能。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本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6中钙钛矿太阳能电池模块的截面示意本文档来自技高网...

【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、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辅助电极及碳电极。

【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、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辅助电极及碳电极。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，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。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池模块，其特征在...

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