封装的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种封装的钙钛矿太阳能电池，其包括背电极层和聚合物层，所述聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层；所述第一聚合物层设置于背电极层上；所述背电极层为具有多孔结构的碳电极，所述第二聚合物层填充于背电极层中。本发明专利技术提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性。本发明专利技术还公开了一种封装的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：将聚合物分散液涂敷于钙钛矿太阳能电池的背电极层上，形成聚合物层。该方法无需在高温和真空下作业，对于钙钛矿太阳能电池的性能影响小。对于钙钛矿太阳能电池的性能影响小。对于钙钛矿太阳能电池的性能影响小。

【技术实现步骤摘要】
封装的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种封装的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，特别涉及一种封装的可印刷介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断进步和经济的快速发展，人们对于能源的需求与日俱增，使得全球生态环境和能源短缺问题越来越突出。太阳能因储量丰富且不受地域限制而备受青睐。其最为简单有效的利用方式为太阳能光伏技术，即把太阳能转化为电能。近年来，一种称之为“钙钛矿太阳电池”的新型太阳能光伏发电技术备受各国关注，其电池转换效率在短短的数年时间内从3.8％提升至目前的25.2％。钙钛矿是具有ABX3晶体结构材料的统称，与钙钛矿CaTiO3具有相似晶体结构。钙钛矿材料具有较长的载流子扩散长度、光学带隙可调、高的摩尔消光系数及双极性传输等优良的光电特性。同时，钙钛矿电池器件具有可全溶液法制备，制作工艺简单，原材料来源广泛和光电转化效率高等特点，这为规模化生产制作创造了条件。
[0003]但是，钙钛矿太阳电池在工作中易受环境中高温、高湿、氧气、腐蚀性化学物质和外力冲击等极端条件的影响，导致器件损坏、性能下降甚至失效，无法长期稳定地在自然环境中工作。为了保证电池能够长期高效并且稳定地工作，必须对电池片进行封装，隔绝水分和氧气，提升钙钛矿太阳能电池的稳定性。可印刷介观钙钛矿太阳能电池碳背电极具有多孔结构，其表面粗糙且内部有很多孔洞，热熔胶无法有效填充这些孔洞，导致封装效果欠佳。此外，钙钛矿太阳电池的封装过程中一般需要高温和抽真空作业，高温和真空过程会加速钙钛矿材料的分解，进而影响钙钛矿太阳电池的性能；热熔胶老化后有极性小分子释放，对钙钛矿功能材料产生破坏作用。因此，需要设计一种适用于基于碳电极的可印刷介观钙钛矿太阳能电池的封装方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种封装的钙钛矿太阳能电池，其提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性。进一步地，本专利技术的封装的钙钛矿太阳能电池对钙钛矿太阳能电池的性能影响小。此外，本专利技术还提供一种封装的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法操作简便，封装效果好，无需在高温和真空下作业，对于钙钛矿太阳能电池的性能影响小。
[0005]一方面，本专利技术提供一种封装的钙钛矿太阳能电池，其包括背电极层和聚合物层，所述聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层；所述第一聚合物层设置于背电极层上；所述背电极层为具有多孔结构的碳电极，所述第二聚合物层填充于背电极层中，所述聚合物层由具有如下结构的聚合物形成：
[0006][0007]其中，X选自含有0～5个碳原子的亚烷基，Y选自H或含有1～3个碳原子的烷基，Z选自含有0～5个碳原子的亚烷基，n选自大于等于7的整数。
[0008]一方面，聚合物层能够在温和条件下充分填充到钙钛矿太阳能电池碳背电极多孔结构中，起到阻水阻氧保护，提升钙钛矿电池的稳定性。另一方面，经过聚合物层封装后，钙钛矿吸光材料完全被封闭在介孔材料的孔洞之中，通过空间限域作用对介孔中的钙钛矿自组装网络强制压缩，从而使钙钛矿晶体具有压应力，这样可以显著提升器件的稳定性；同时，聚合物层阻断了钙钛矿吸光材料中有机组分的逃逸通道，避免了后续封装工艺对钙钛矿太阳能电池的破坏作用，进一步提升了钙钛矿电池稳定性，扩展了封装工艺的可操作空间。
[0009]本专利技术中，X可以优选自含有0～2个碳原子的亚烷基。Y可以优选自含有1～2个碳原子的烷基。Z可以优选自含有0～2个碳原子的亚烷基。n可以选自200～600的整数。
[0010]本专利技术的聚合物的实例包括但不限于聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚丁烯酸甲酯、聚丁烯酸乙酯、聚丁烯酸丙酯、聚甲基丁烯酸甲酯、聚甲基丁烯酸乙酯、聚甲基丁烯酸丙酯。根据本专利技术的一个实施方式，聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯。
[0011]本专利技术的背电极层具有多孔结构。优选地，背电极层具有介孔结构。背电极层为碳电极。背电极层可以由石墨、炭黑、石墨烯或碳纳米管形成。根据本专利技术的一个实施方式，背电极层由石墨形成。
[0012]聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层。第一聚合物层设置与背电极层上。根据本专利技术的一个实施方式，第一聚合物层的形状和面积与背电极层的形状和面积相同。第一聚合物层的厚度可以为0.05～1mm；优选为0.1～0.5mm。第二聚合物层填充于钙钛矿太阳能电池的多孔结构的孔洞中。在某些实施方式中，第二聚合物层填充于背电极层中。在另一些实施方式中，第二聚合物层填充于电子传输层、绝缘间隔层和背电极层中。第一聚合物层和第二聚合物层两者相连。
[0013]根据本专利技术的封装的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述封装的钙钛矿太阳能电池还包括透明导电基底、具有多孔结构的电子传输层、具有多孔结构的绝缘间隔层和钙钛矿层，所述电子传输层、绝缘间隔层、背电极层和第一聚合物层依次设置在透明导电基底上，所述钙钛矿层和第二聚合物层填充于所述电子传输层、绝缘间隔层和背电极层中；
[0014]所述钙钛矿层由具有如下结构所示的化合物形成：
[0015]ABX3[0016]其中，A为一价阳离子，其选自甲胺、甲脒或铯中的一种或多种形成的阳离子；B为二价阳离子，其选自铅或锡中的一种或多种形成的阳离子；X为一价阴离子，其选自碘、溴、氯或类卤素中的一种或多种形成的阴离子。类卤素形成的阴离子的实例包括但不限于BF4‑
、SCN
‑
。
[0017]本专利技术的透明导电基底可以由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟沉积在透明玻璃或透明聚合物上形成。根据本专利技术的一个实施方式，透明导电基底由掺氟氧化锡沉积在透明玻璃上形成。
[0018]本专利技术的电子传输层具有多孔结构。电子传输层可以具有介孔结构。电子传输层可以由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形成。根据本专利技术的一个实施方式，电子传输层由二氧化钛形成。
[0019]本专利技术的绝缘间隔层具有多孔结构。绝缘间隔层可以具有介孔结构。绝缘间隔层可以由氧化锆、二氧化硅或氧化铝形成。根据本专利技术的一个实施方式，电子传输层由氧化锆形成。
[0020]本专利技术的钙钛矿层填充于电子传输层、绝缘间隔层和背电极层的孔洞中。钙钛矿层可以由具有如下结构所示的化合物形成：
[0021]ABX3[0022]在本专利技术中，A可以选自甲胺、甲脒或碱金属形成的阳离子。优选地，A为甲胺形成的阳离子。
[0023]在本专利技术中，B可以选自铅或锡形成的阳离子。优选地，B为铅形成的阳离子。
[0024]在本专利技术中，X可以选自碘、溴、氯或类卤素形成的阴离子。优选地，X为碘。类卤素形成的阴离子的实例包括但不限于BF4‑
、SCN
‑
。
[0025]根据本专利技术的一个实施方式，钙钛矿层由CH3NH3PbI3形成。
[0026]根据本专利技术的封装的钙钛矿太阳能电池，优选地，所述透明导电基底由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟沉积在透明玻璃或透明聚合物上形成；所述电子传输层由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封装的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述封装的钙钛矿太阳能电池包括背电极层和聚合物层，所述聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层；所述第一聚合物层设置于背电极层上；所述背电极层为具有多孔结构的碳电极，所述第二聚合物层填充于背电极层中，所述聚合物层由具有如下结构的聚合物形成：其中，X选自含有0～5个碳原子的亚烷基，Y选自H或含有1～3个碳原子的烷基，Z选自含有0～5个碳原子的亚烷基，n选自大于等于7的整数。2.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述封装的钙钛矿太阳能电池还包括透明导电基底、具有多孔结构的电子传输层、具有多孔结构的绝缘间隔层和钙钛矿层，所述电子传输层、绝缘间隔层、背电极层和第一聚合物层依次设置在透明导电基底上，所述钙钛矿层和第二聚合物层填充于所述电子传输层、绝缘间隔层和背电极层中；所述钙钛矿层由具有如下结构所示的化合物形成：ABX3其中，A为一价阳离子，其选自甲胺、甲脒或铯中的一种或多种形成的阳离子；B为二价阳离子，其选自铅或锡中的一种或多种形成的阳离子；X为一价阴离子，其选自碘、溴、氯或类卤素中的一种或多种形成的阴离子。3.根据权利要求2所述的封装的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基底由掺氟氧化锡或掺锡氧化铟沉积在透明玻璃或透明聚合物上形成；所述电子传输层由二氧化钛、氧化锡或锡酸钡形成；所述绝缘间隔层由二氧化锆、二氧化硅或氧化铝形成；所述背电极层由石墨、炭黑、石墨烯或碳纳米管形成。4.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一聚合物层的厚度为0.05～1mm。5.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述背电极层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛余松，戴佳坤，
申请(专利权)人：湖北万度光能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：