一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池的内部结构包括基底、导电电极层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层以及背电极层，在导电电极层上设有n条P1切割沟槽，在第二传输层上设有n条P2切割沟槽将导电电极层露出，在背电极层上设有n条P3切割沟槽将背电极层、第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出导电电极层，在P3切割沟槽内填充有保护层，在保护层内含有有机硫化物，该有机硫化物中的含硫离子或含硫基团与钙钛矿吸光层材料中暴露的铅离子反应后形成铅

Perovskite solar cell with protective layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备
，特别涉及一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池发展迅速，其光电转换效率已经逐渐超过市场上的晶硅太阳能电池，达到了25.4%。同时，钙钛矿太阳能电池具有成本低、原料丰富、工艺简单等优势，已经得到了各个行业领域的重视。
[0003]现阶段钙钛矿太阳能电池的稳定性是钙钛矿太阳能电池商业化进程的最大阻碍。钙钛矿材料在水、氧等条件下易发生分解，其晶体结构受到破坏，从而缩短电池的寿命。此时就需要一层保护层对钙钛矿进行保护，防止钙钛矿与其他不利因素接触而分解，从而提高电池组件的性能和稳定性。
[0004]钙钛矿太阳能电池的内部结构包括依次从下往上叠加的导电基底、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层和电极层。制备大面积钙钛矿太阳能电池组件过程中，不可避免地使用激光或机械切割等切割手段，将电池分割成多个电池单元。在这个过程中，在切割线处暴露部分钙钛矿吸光材料，在切割线处暴露的钙钛矿晶体产生较多Pb
2+
的悬挂键，此处的Pb
2+
悬挂键易于与空气中的水、氧等结合，导致在切割线处的钙钛矿晶体结构遭到破坏，从而进一步引发更深层的钙钛矿晶体的衰减。
[0005]现有的保护层技术主要包括：位于第二传输层与电极层之间的疏水性缓冲层、位于第二传输层与钙钛矿吸光层之间的钝化层、位于电极层表面的保护层，其使用的材料大多为致密金属氧化物、卤化物等。现有的保护层主要起到物理保护的作用：隔绝空气，减少水氧从界面进入电池。然而这些保护层缺乏针对激光/机械划线处的保护。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在P3切割沟槽内沉积有机硫化物，该有机硫化物中的含硫(S)离子或者含硫基团能够与切割线处暴露的钙钛矿吸光层中的铅(Pb
2+
)离子悬挂键进行络合形成配位键，从而在暴露的钙钛矿材料界面处形成一种新的铅
‑
硫配合物保护层。该保护层可以防止水氧在P3切割沟槽内与钙钛矿吸光层的Pb
2+
的结合，避免钙钛矿太阳能电池内部的钙钛矿吸光层进一步衰减，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
[0007]本专利技术是这样实现的，提供一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的内部结构从下至上依次包括基底、导电电极层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层以及背电极层，在导电电极层上设有n条P1切割沟槽，在第二传输层上对应地设有n条P2切割沟槽将第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在背电极层上对应地设有n条P3切割沟槽将背电极层、第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在P3切割沟槽内填充有保护层，在保护层内含
有有机硫化物材料，该有机硫化物材料中的含硫离子或者含硫基团与P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸光层材料中暴露的铅离子悬挂键进行络合形成配位键，从而在钙钛矿吸光层所在界面处形成铅
‑
硫配合物保护层。
[0008]本专利技术是这样实现的，还提供一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的内部结构从下至上依次包括基底、导电电极层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层、背电极层以及保护层，在导电电极层上设有n条P1切割沟槽将导电电极层分隔成n+1个电池单元，在第二传输层上对应地设有n条P2切割沟槽将第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在背电极层上对应地设有n条P3切割沟槽将背电极层、第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在P3切割沟槽内填充有与制备保护层相同的有机硫化物材料，该有机硫化物材料中的含硫离子或者含硫基团与P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸光层材料中暴露的铅离子悬挂键进行络合形成配位键，从而在钙钛矿吸光层所在界面处形成铅
‑
硫配合物保护层。
[0009]进一步地，所述有机硫化物包括环状硫化物、硫醚类衍生物、高分子硫取代物中任意一种物质，其中，所述环状硫化物是指含硫离子的环状有机物，硫离子可以在环状单元内，也可以在环状外的支链中，所述环状有机物包括硫酚类、噻吩类、苯磺酰类、噻唑类和噻嗪类化合物中任意一种；所述硫醚类衍生物是指含硫离子的直链型有机物，其通式为R
‑
C
‑
R
’
，其中R和R
’
为烷基、羟基、氨基直链型基团中任意一种，C为
‑
S
‑
、
‑
S
‑
S
‑
和巯基含硫基团中任意一种，所述直链型有机物包括硫醚、二硫烯和硫醇类化合物中任意一种；所述高分子硫取代物包括酯类聚合物、硫醇类聚合物和硫醚类聚合物中任意一种。
[0010]进一步地，所述环状有机物为甲苯硫酚、噻吩
‑2‑
甲胺和4
‑
(2
‑
氨乙基)苯磺酰氟盐酸盐(SF
‑
PEA)中任意一种，所述直链型有机物为三甲基碘化锍(TMS)或马来二腈基二硫烯(mnt)，所述高分子硫取代物为聚乙二醇
‑4‑
氰基
‑4‑
(苯基羰基硫代硫基硫代)戊酸酯或聚乙二醇二硫醇和聚(苯基乙烯基硫醚)。
[0011]进一步地，所述有机硫化物通过溶液法或气相法添加的。
[0012]进一步地，所述溶液法包括如下步骤：将有机硫化物溶解于有机溶剂中得到有机硫化物溶液，将制备的有机硫化物溶液涂覆于已加工P3切割沟槽的钙钛矿太阳能电池器件上，其中涂覆方法包括印刷、刮涂、狭缝涂布、旋涂中任意一种，然后加热使得有机硫化物溶液与暴露的钙钛矿反应形成配合物保护层并干燥固化；所述气相法包括如下步骤：将有机硫化物原料置于蒸镀舱的蒸发源中，将已加工P3切割沟槽的钙钛矿太阳能电池器件置于蒸镀舱内，背电极层面向蒸发源进行蒸镀，控制蒸镀气压在10
‑7Pa~105Pa，有机硫化物的蒸发速率控制在0.05A/s~5A/s，然后再加热形成配合物保护层。
[0013]本专利技术是这样实现的，提供一种如前所述的具有保护层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对基底上的导电电极层进行第一次切割加工得到P1切割沟槽，再将导电基底依次使用去离子水、丙酮和异丙醇清洗；步骤二、在导电基底上依次制备第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层后，再在第二传输层上进行第二次切割加工得到P2切割沟槽；步骤三、在第二传输层上制备背电极层后再在背电极层上进行第三次切割加工得到P3切割沟槽；
步骤四、在背电极层表面包括P3切割沟槽中或者仅在P3切割沟槽中沉积含有机硫化物的物质并加热使得有机硫化物中的含硫离子或者含硫基团与P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸光层中暴露的铅离子悬挂键进行充分反应，从而在P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的内部结构从下至上依次包括基底、导电电极层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层以及背电极层，在导电电极层上设有n条P1切割沟槽，在第二传输层上对应地设有n条P2切割沟槽将第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在背电极层上对应地设有n条P3切割沟槽将背电极层、第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在P3切割沟槽内填充有保护层，在保护层内含有有机硫化物材料，该有机硫化物材料中的含硫离子或者含硫基团与P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸光层材料中暴露的铅离子悬挂键进行络合形成配位键，从而在钙钛矿吸光层所在界面处形成铅
‑
硫配合物保护层。2.一种具有保护层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的内部结构从下至上依次包括基底、导电电极层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层、背电极层以及保护层，在导电电极层上设有n条P1切割沟槽将导电电极层分隔成n+1个电池单元，在第二传输层上对应地设有n条P2切割沟槽将第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在背电极层上对应地设有n条P3切割沟槽将背电极层、第二传输层、钙钛矿吸光层和第一传输层划断并露出其底部的导电电极层，在P3切割沟槽内填充有与制备保护层相同的有机硫化物材料，该有机硫化物材料中的含硫离子或者含硫基团与P3切割沟槽侧壁的钙钛矿吸光层材料中暴露的铅离子悬挂键进行络合形成配位键，从而在钙钛矿吸光层所在界面处形成铅
‑
硫配合物保护层。3.如权利要求1或2所述的具有保护层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机硫化物包括环状硫化物、硫醚类衍生物、高分子硫取代物中任意一种物质，其中，所述环状硫化物是指含硫离子的环状有机物，硫离子可以在环状单元内，也可以在环状外的支链中，所述环状有机物包括硫酚类、噻吩类、苯磺酰类、噻唑类和噻嗪类化合物中任意一种；所述硫醚类衍生物是指含硫离子的直链型有机物，其通式为R
‑
C
‑
R
’
，其中R和R
’
为烷基、羟基、氨基直链型基团中任意一种，C为
‑
S
‑
、
‑
S
‑
S
‑
和巯基含硫基团中任意一种，所述直链型有机物包括硫醚、二硫烯和硫醇类化合物中任意一种；所述高分子硫取代物包括酯类聚合物、硫醇类聚合物和硫醚类聚合物中任意一种。4.如权利要求3所述的具有保护层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述环状有机物为甲苯硫酚、噻吩
‑2‑
甲胺和4
‑
(2
‑
氨乙基)苯磺酰氟盐酸盐(SF
‑
PEA)，所述直链型有机物为三甲基碘化锍(TMS)或马来二腈基二硫烯(mnt)，所述高分子硫取代物为聚乙二醇
‑4‑
氰基
...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：杭州纤纳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：