一种管式钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件技术

为克服现有管式钙钛矿太阳能电池存在表层电极影响电池的光线吸收效率的问题，本发明专利技术提供了一种管式钙钛矿太阳能电池，包括第一电极、功能层和第二电极，所述功能层包覆于所述第一电极的外侧，所述功能层为包括可位置互换的电子传输层和钙钛矿吸收层的多层包覆结构，所述第二电极为线状电极，所述第二电极至少部分嵌入所述功能层的最外层并沿所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向延伸。同时，本发明专利技术还公开了上述管式钙钛矿太阳能电池的制备方法以及包括上述管式钙钛矿太阳能电池的太阳能电池组件。本发明专利技术提供的管式钙钛矿太阳能电池能够有效提高电池的光吸收面积，提高能量转换效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种管式钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种管式钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池由透明电极，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层和金属电极组成，其中透明电极主要是以导电玻璃或者柔性材料作为基底，依次向上是致密层，多孔支架层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及背电极，目前钙钛矿太阳能电池从外视上可分为平面结构和管状结构，从内部结构上可以分为顺式(p-i-n型)和反式(n-i-p型)，其中顺式和反式的平面结构钙钛矿电池在市面上均已有报道，两者性能各有优势，而管状的钙钛矿结构却较少，尤其是反式的管状钙钛矿结构，这是因为在顺式结构中致密层和介孔层需要高温退火，而后续的空穴传输层大多为有机物，不耐高温，因此常规的方法是在导电材料上先制备致密层和介孔层，高温退火后再制备吸光层，空穴传输层，最后在表面蒸镀或者溅射金属电极导电，但是由于表层金属电极不透光，由该法制备的管式钙钛矿无法从外部光照，光线只能由管内传输，受光面积十分有限，极大的限制了管式钙钛矿电池在组件端发电的应用。
[0003]目前传统的直接构成的管式钙钛矿太阳能电池结构中，其制备方法通常是在导电材料上先制备致密层和介孔层，高温退火后再制备吸光层，空穴传输层，最后在表面蒸镀或者溅射金属电极导电，但是通常表层金属电极不透光，由该法制备的管式钙钛矿无法从外部光照，光线只能由管内传输，受光面积十分有限，极大的限制了管式钙钛矿电池在组件端发电的应用；即使将表层金属电极极薄至纳米结构，仍然只能透过少部分的光，严重影响钙钛矿对光的吸收，从而影响管状钙钛矿太阳能电池的性能，无法有效应用到组件端。也有报道先制备平面反式结构钙钛矿电池再卷成管式结构，其受光面依旧是管内，受光面积小，难以实际应用于发电。
[0004]现有另一种管式钙钛矿电池采用了透明的碳纳米层包覆于外层作为背电极，然而即使是透明的碳纳米层依然存在表面反光和自身透光率的问题，对管式钙钛矿电池的光线吸收具有一定的影响，仍然难以解决钙钛矿电池吸光率低的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有管式钙钛矿太阳能电池存在表层电极影响电池的光线吸收效率的问题，本专利技术提供了一种管式钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种管式钙钛矿太阳能电池，包括第一电极、功能层和第二电极，所述功能层包覆于所述第一电极的外侧，所述功能层为包括可位置互换的电子传输层和钙钛矿吸收层的多层包覆结构，所述第二电极为线状电极，所述第二电极至少部分嵌入所述功能层的最外层并沿所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向延伸。
[0008]可选的，所述功能层的外壁上沿所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向开设有条状槽，所述第二电极置于所述条状槽中。
[0009]可选的，所述功能层还包括有空穴传输层，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层由内至外依次排布。
[0010]可选的，所述功能层还包括有空穴传输层，所述空穴传输层、所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层由内至外依次排布。
[0011]可选的，所述空穴传输层厚度为50～300nm，所述空穴传输层包括无机材料和/或有机材料，所述无机材料选自金属氧化物，所述有机材料选自PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、酞菁铜和PTAA中的一种或多种。
[0012]可选的，所述电子传输层包括介孔层和致密层，所述致密层包覆于所述介孔层的外侧，所述条状槽位于所述致密层的外壁上，所述条状槽的两端延伸至所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向两端，所述条状槽的深度小于所述致密层的厚度。
[0013]可选的，所述介孔层的厚度为10～100nm，所述介孔层包括介孔TiO2、介孔ZrO2和介孔Al2O3中的一种或多种，所述致密层的厚度为20～50nm，所述致密层包括TiO2和/或ZnO。
[0014]可选的，所述第二电极的数量为2个，2个所述第二电极分别设置于所述功能层相背离的两侧外壁上。
[0015]可选的，所述第一电极包括银、钛、金中的一种或多种的金属丝或碳纳米纤维，所述第二电极包括钛、氧化锡、铜、银中的一种或多种。
[0016]可选的，所述钙钛矿吸收层的厚度为200～400nm。
[0017]可选的，所述管式钙钛矿太阳能电池的径向截面为圆形、方形、六边形、八边形或环形。
[0018]可选的，所述管式钙钛矿太阳能电池具有头端和尾端，所述第一电极在所述头端的位置部分露出于所述头端的端面，所述尾端的端面覆盖有绝缘层，所述绝缘层的厚度10～129μm，所述第二电极由所述功能层的外壁延伸至所述绝缘层的外表面。
[0019]可选的，所述第二电极的宽度为1～200μm。
[0020]另一方面，本专利技术提供了一种太阳能电池组件，包括汇流条和多个如上所述的管式钙钛矿太阳能电池，多个所述管式钙钛矿太阳能电池之间通过所述第一电极和所述第二电极相互串联和/或并联，所述汇流条用于引出所述管式钙钛矿太阳能电池的电流。
[0021]可选的，多个所述管式钙钛矿太阳能电池在同一平面上平行并排布置，所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向与所在平面平行，所述第二电极位于所述管式钙钛矿太阳能电池相互朝向的侧面。
[0022]另一方面，如上所述的管式钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下操作步骤：
[0023]获取芯线，所述芯线包括有第一电极；
[0024]在芯线的外部形成钙钛矿吸收层，对钙钛矿吸收层退火处理；
[0025]在钙钛矿吸收层的外部形成电子传输层，对电子传输层退火处理；
[0026]在电子传输层的外壁沿轴向开设有条状槽，在条状槽中填充形成第二电极。
[0027]可选的，在第一电极的外表面通过提拉法附着空穴传输层，所述空穴传输层包括无机材料和/或有机材料，所述有机材料的沸点高于150℃，在70℃～110℃下对空穴传输层进行退火处理，得到芯线，所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层采用退火温度低于150℃的
材料。
[0028]可选的，采用蒸镀或浸泡的方式在所述芯线的外部附着钙钛矿吸收层，在70℃～110℃下对钙钛矿吸收层进行退火处理以使其结晶。
[0029]可选的，采用蒸镀的方式在钙钛矿吸收层的外部附着介孔层，在70℃～110℃下对介孔层进行退火处理；在介孔层的外部涂覆致密层，在70℃～110℃下对致密层进行退火处理，所述介孔层和所述致密层组成所述电子传输层。
[0030]可选的，在管式钙钛矿太阳能电池的尾端端面沾涂或印刷绝缘层，将第二电极材料涂覆至绝缘层的外表面。
[0031]根据本专利技术提供的管式钙钛矿太阳能电池，设置有由电子传输层和钙钛矿吸收层组成的功能层，所述功能层用于吸收光能产生电子和空穴，通过电子和空穴的定向移动产生电流，所述第一电极作为管式钙钛矿太阳能电池的内部芯线，所述功能层包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括第一电极、功能层和第二电极，所述功能层包覆于所述第一电极的外侧，所述功能层为包括可位置互换的电子传输层和钙钛矿吸收层的多层包覆结构，所述第二电极为线状电极，所述第二电极至少部分嵌入所述功能层的最外层并沿所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向延伸。2.根据权利要求1所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述功能层的外壁上沿所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向开设有条状槽，所述第二电极置于所述条状槽中。3.根据权利要求2所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述功能层还包括有空穴传输层，所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层由内至外依次排布。4.根据权利要求2所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述功能层还包括有空穴传输层，所述空穴传输层、所述钙钛矿吸收层和所述电子传输层由内至外依次排布。5.根据权利要求3或4所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层厚度为50～300nm，所述空穴传输层包括无机材料和/或有机材料，所述无机材料选自金属氧化物，所述有机材料选自PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、酞菁铜和PTAA中的一种或多种。6.根据权利要求4所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层包括介孔层和致密层，所述致密层包覆于所述介孔层的外侧，所述条状槽位于所述致密层的外壁上，所述条状槽的两端延伸至所述管式钙钛矿太阳能电池的轴向两端，所述条状槽的深度小于所述致密层的厚度。7.根据权利要求6所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述介孔层的厚度为10～100nm，所述介孔层包括介孔TiO2、介孔ZrO2和介孔Al2O3中的一种或多种，所述致密层的厚度为20～50nm，所述致密层包括TiO2和/或ZnO。8.根据权利要求1所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二电极的数量为2个，2个所述第二电极分别设置于所述功能层相背离的两侧外壁上。9.根据权利要求1所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极包括银、钛、金中的一种或多种的金属丝或碳纳米纤维，所述第二电极包括钛、氧化锡、铜、银中的一种或多种。10.根据权利要求1所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的厚度为200～400nm。11.根据权利要求1所述的管式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述管式钙钛矿太阳能电池的径向截面为圆形、方形、六边形、八边形或环形。12.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翔，刘琼，姚云江，
申请(专利权)人：上海比亚迪有限公司，
类型：发明
国别省市：