一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法。所述方法包括：利用飞秒激光剥落切线上的透明导电层(P1)；在干净的透明导电层上依次沉积功能层，利用飞秒激光剥落切线上的功能层且不损伤透明导电层(P2)；在干净的功能层上沉积金属电极，利用飞秒激光剥落切线上的金属电极层和功能层，且不损伤透明导电层(P3)，P1、P2和P3位置均相互错开；切线完成后，制备得到串联结构的柔性大面积钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术通过飞秒激光低温切割能够将大面积柔性钙钛矿太阳能电池分成小电池条，并将其串联起来，保证其能量转换效率，为实现大面积柔性钙钛矿太阳能电池的生产提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法。
技术介绍
随着科技的飞速发展以及人类需求的不断增长，开发更小、更轻、更薄的储能器件显得尤为重要。柔性电池的研发已经成为现阶段的研究热点之一，也符合未来可穿戴设备的研究方向。柔性电池是指利用柔性基板取代传统的刚性基板制备出的电池，柔性电池能够更好地承受弯曲、扭曲、拉伸等形变，而对电池本身的性能影响较小。在新型设备的开发过程中，电池作为其中的一个重要原件，其尺寸、形状和灵活性均会对设备研发有所限制。以硅太阳能电池为例，传统刚性基板的太阳能电池本身重量较大、携带不便，可应用的场景也较为单一。而柔性电池则具有可卷曲折叠、轻质、透明、大面积分布式的优点，能够满足可弯曲、可植入、可穿戴的电子产品的需求。硅太阳能电池是现阶段光伏发电领域的主流产品，但其仍存在成本过高、生产能耗过大的缺点。而钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池材料，由于其能量转换效率高、原材料成本低、生产工艺简单等优点，受到了世界的瞩目。此外，由于钙钛矿太阳能电池能够在室温下通过溶液法制备，所以可以与卷对卷技术进行结合，实现柔性钙钛矿太阳能电池大面积印刷制备，大大降低生产成本，可以使太阳能电池的大范围推广应用成为现实。现阶段，大面积钙钛矿太阳能电池组件的制备主要是通过激光刻线的方法实现的，激光大多采用的是脉冲宽度较宽的纳秒或皮秒激光。由于纳秒激光和皮秒激光的脉冲宽度较宽，脉冲持续时间较长，在对材料进行加工时，热过程将起到主要作用。因此，会出现能量的转移转化以及热扩散的现象，对非加工区域的材料造成损伤，影响电极之间的接触电阻。此外，由于热效应而熔融的材料经常会附着在切线边缘重新固化，导致切线边缘形成毛刺，会对加工精度造成影响，降低电池的整体性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法，通过利用飞秒激光的非线性吸收特性，对柔性钙钛矿太阳能电池组件的不同材料层进行剥除，实现钙钛矿太阳能电池的大面积生产。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法，包括如下步骤：(1)利用飞秒激光在含透明导电层的基板上划线，剥落切线上的透明导电层；(2)清洗基板，在干净的透明导电层上依次沉积功能层，所述功能层从下往上依次是电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；然后利用飞秒激光在功能层上划线，剥落切线上的功能层且不损伤透明导电层，所述功能层上划线的位置与步骤(1)所述透明导电层上划线的位置需要相错开；(3)清洗基板，在干净的功能层上沉积金属电极，然后利用飞秒激光在金属电极层和功能层上划线，剥落切线上的金属电极层和功能层，且不损伤透明导电层，所述金属电极层和功能层上划线的位置与步骤(1))所述透明导电层上划线的位置、步骤(2)所述功能层上划线的位置均需相错开；切线完成后，即制备得到串联结构的柔性大面积钙钛矿太阳能电池。上述方案中，步骤(1)所述利用飞秒激光在透明导电层上划线的加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz～5MHz，激光功率为8～18W，振镜扫描速度为800～3000mm/s上述方案中，步骤(2)所述利用飞秒激光在功能层上划线的加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz～5MHz，激光功率为9～18W，振镜扫描速度为1000～3000mm/s。上述方案中，步骤(3)所述利用飞秒激光在金属电极层和功能层上划线的加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz～5MHz，激光功率为8～18W，振镜扫描速度为800～2000mm/s。上述方案中，所述含透明导电层的基板包括但不限于含掺杂氟的SnO2(FTO)镀层的透明导电玻璃基板、含氧化铟锡(ITO)镀层的透明导电玻璃基板、含氧化铟锡(ITO)镀层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)透明导电塑料基板、或含氧化铟锡(ITO)镀层的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)透明导电塑料基板。上述方案中，所述电子传输层包括但不限于：二氧化钛、氧化锡、氧化锌、或有机电子传输材料等。上述方案中，所述的钙钛矿吸光层包括但不限于：CH3NH3PbI3(MAPbI3)、HC(NH2)2PbI3(FAPbI3)、CsPbI3等。。上述方案中，所述空穴传输层包括但不限于：spiro-OMeTAD、P3HT、聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)等。上述方案中，所述金属电极包括但不限于：金(Au)电极、银(Ag)电极、铜(Cu)电极。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述方法对于实现大面积柔性钙钛矿太阳能电池的生产，提供了切实可行的解决方案；本专利技术通过飞秒激光低温切割能够将大面积柔性钙钛矿太阳能电池分成小电池条，并将其串联起来，保证其能量转换效率；这种切割方式的优点在于飞秒激光具有极高峰值功率和极短的激光脉冲，脉冲持续时间小于能量发生转移转化的时间，不会出现热扩散，所以对非加工区域热影响效应很小，不会因为热效应而损伤周围非加工区域，能够实现低温加工，加工时切面整齐、无微裂纹及缺陷。此外，激光光束能够聚焦到超细微空间区域，从而能够保证超精细加工，无效面积小，能有效提高钙钛矿太阳能电池的几何有效面积，并且可实现自动化。附图说明图1是飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的流程图，其中，1-基板，2-透明导电层(TCL)，3-电子传输层(ETL)，4-钙钛矿吸光层，5-空穴传输层(HTL)，6-金属电极。图2是皮秒激光切割柔性钙钛矿太阳能电池透明导电层的切线显微图。图3是飞秒激光切割柔性钙钛矿太阳能电池透明导电层的切线显微图。图4是皮秒激光切割柔性钙钛矿太阳能电池功能层的切线显微图。图5是飞秒激光切割柔性钙钛矿太阳能电池功能层的切线显微图。图6是实施例1中飞秒激光制备的25cm2的柔性钙钛矿太阳能电池效率图。图7是实施例2中飞秒激光制备的100cm2的柔性钙钛矿太阳能电池效率图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1如图1所示，利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件方法，包括如下步骤：(1)通过飞秒激光对5cm*5cmITO/PET透明导电基板进行刻线，剥落部分区域的透明导电层，加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz，激光功率为10W，振镜扫描速度为2000mm/s，刻蚀线宽度为0.3mm，填充间距为0.02mm；刻线完成后清洗基底；(2)在清洗干净的基底上通过Slot-die刮涂一层氧化锡电子传输层；(3)在氧化锡电子传输层上旋涂钙钛矿和spiro-OMeTAD空穴传输层；(4)通过飞秒激光对功能层(电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层)进行切割，但不对透明导电层造成破坏(P2)，P2的位置与P1错开；加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz，激光功率为11W，振镜扫描速度为2000mm/s，刻蚀线宽度为0.5mm，填充间距为0.02mm；(5)在功能层上方蒸镀金(80nm)电极层；(6)通过飞秒激光对金电极层和功能层进行切割，但不对透明导电层造成破坏(P3)，且P3的位置与P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法，包括如下步骤：（1）利用飞秒激光在含透明导电层的基板上划线，剥落切线上的透明导电层；（2）清洗基板，在干净的透明导电层上依次沉积功能层，所述功能层从下往上依次是电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；然后利用飞秒激光在功能层上划线，剥落切线上的功能层且不损伤透明导电层，所述功能层上划线的位置与步骤（1）所述透明导电层上划线的位置需要相错开；（3）清洗基板，在干净的功能层上沉积金属电极，然后利用飞秒激光在金属电极层和功能层上划线，剥落切线上的金属电极层和功能层，且不损伤透明导电层，所述金属电极层和功能层上划线的位置与步骤（1）所述透明导电层上划线的位置、步骤（2）所述功能层上划线的位置均需相错开；切线完成后，即制备得到串联结构的柔性大面积钙钛矿太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种利用飞秒激光制备柔性大面积钙钛矿太阳能电池组件的方法，包括如下步骤：（1）利用飞秒激光在含透明导电层的基板上划线，剥落切线上的透明导电层；（2）清洗基板，在干净的透明导电层上依次沉积功能层，所述功能层从下往上依次是电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；然后利用飞秒激光在功能层上划线，剥落切线上的功能层且不损伤透明导电层，所述功能层上划线的位置与步骤（1）所述透明导电层上划线的位置需要相错开；（3）清洗基板，在干净的功能层上沉积金属电极，然后利用飞秒激光在金属电极层和功能层上划线，剥落切线上的金属电极层和功能层，且不损伤透明导电层，所述金属电极层和功能层上划线的位置与步骤（1）所述透明导电层上划线的位置、步骤（2）所述功能层上划线的位置均需相错开；切线完成后，即制备得到串联结构的柔性大面积钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述利用飞秒激光在透明导电层上划线的加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz~5MHz，激光功率为8~18W，振镜扫描速度为800~3000mm/s。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述利用飞秒激光在功能层上划线的加工参数为：飞秒模式，重复频率为200kHz~5MHz，激...

【专利技术属性】
技术研发人员：程一兵，李天慧，黄福志，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42