一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构及其制作方法，其结构包括设于第一基板上的电池本体，电池本体包括按序设置的第一导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层和第二导电层；电池本体的外侧包覆有封装胶层；其中第一导电层和第二导电层的至少之一为透明导电层并作为光入射面，所述光入射面上设有红外反射层，所述红外反射层由具有高低折射率的两种薄膜交替堆叠而成，且都在近红外及红外线区域有高反射率，而在可见光区域有高透过率，可用于反射近红外及红外线，减少热辐射，提高电池稳定性。提高电池稳定性。提高电池稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿光伏领域，尤其涉及一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前硅太阳电池占据光伏产业市场份额90％以上，电池效率小于23％，已接近理论的效率极限，未来提效空间十分有限。而钙钛矿材料具有吸光强、载流子迁移率高、带隙可调、可用溶液法制备等优势，作为近几年快速发展起来的第三代光伏器件，其光电转化效率(PCE)从2009年的3.8％迅速提升到如今的25.7％，是有史以来所有光伏技术中效率增长最快的一种。
[0003]相比于传统的硅太阳能电池，钙钛矿太阳能电池能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，其理论和极限PCE较高，且制备工艺大大简化，成本大大降低，已成为该领域的主要发展方向，目前也有多家企业在推动其产业化进程，相信很快就能在市面上见到钙钛矿太阳能电池产品。然而，钙钛矿材料无法吸收红外光，且热稳定性较差，在户外使用时，在太阳光的长时间照射下，近红外及红外光将产生较大的热辐射，使得器件温度升高，钙钛矿材料被分解或发生离子迁移，导致电池的稳定性和寿命大大降低，阻碍其进一步应用。

技术实现思路

[0004]针对钙钛矿太阳能电池存在的上述不足，本专利技术提出一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法，以进一步促进钙钛矿太阳能电池的产业化进程及市场竞争力。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，包括电池本体，所述电池本体设于第一基板上，包括按序设置的第一导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层和第二导电层；电池本体的外侧包覆有封装胶层；其中第一导电层和第二导电层的至少之一为透明导电层并作为光入射面，所述光入射面上设有红外反射层，所述红外反射层由具有高低折射率的两种薄膜交替堆叠而成，两种薄膜材料的折射率之差大于0.3。
[0007]可选的，所述高低折射率的两种薄膜包括TiO2/SiO2、TiO2/alucone、HfO2/SiO2、HfO2/alucone、Ta2O5/Al2O3、Ta2O5/alucone、TiO2/Al2O3和HfO2/Al2O3；所述红外反射层对可见光的透过率≥90％，对近红外及红外线的反射率≥95％。
[0008]可选的，所述第一导电层为透明导电层，所述第一基板为透明基板，所述第一基板的至少一表面上沉积有所述红外反射层的结构的第一红外反射层。
[0009]可选的，所述第二导电层为不透明导电层。
[0010]可选的，所述第二导电层为透明导电层，所述封装胶层为透明封装胶层，所述封装胶层的外侧和/或内侧设有所述红外反射层。
[0011]可选的，所述封装胶层的内侧设有所述红外反射层的结构的第二红外反射层，所述第二红外反射层包覆所述电池本体。
[0012]可选的，还包括第二基板，所述第二基板为透明基板，所述第二基板的至少一表面上沉积有所述红外反射层的结构的第三红外反射层，所述第二基板设于所述封装胶层的外侧。
[0013]可选的，所述第一导电层为不透明导电层，所述第二导电层为透明导电层，所述封装胶层为透明封装胶层，所述封装胶层的外侧和/或内侧设有所述红外反射层。
[0014]可选的，透明导电层可以是ITO或FTO电极，不透明导电层可以是Ag或Al。
[0015]可选的，红外反射层由具有高低折射率的两种薄膜堆叠而成，第一红外反射膜层、第二红外反射膜层和第三红外反射膜层的膜厚和堆叠周期数分别通过理论计算和软件仿真得到，在近红外及红外线区域有高反射率，而在可见光区域有高透过率，可用于反射近红外及红外线，减少热辐射，提高电池稳定性。
[0016]所述红外反射膜层在制作时，首先确定膜层使用的两种薄膜组合，所述薄膜应满足致密性高、平整度好、折射率差别较大、透明等特点；然后根据所要反射的波段(近红外及红外)进行模拟仿真，设计和优化每种薄膜的堆叠厚度和堆叠数，使其在设定波段达到最大反射率，而在可见光波段具有较高透过率；最后采用原子层沉积或电子束蒸镀方法制备两种堆叠薄膜。
[0017]可选的，所述基板为玻璃、塑料或柔性聚合物。
[0018]可选的，所述第一载流子传输层和第二载流子传输层之一为空穴传输层，另一为电子传输层。
[0019]可选的，所述钙钛矿活性层可以是2D或3D钙钛矿；所述3D钙钛矿为ABX3，其中A为Cs、MA或FA，B为Pb或Sn，X为Cl、Br或I；所述2D钙钛矿可以是Ruddlesden
‑
Popper(RP)相或Dion
‑
Jacobson(DJ)相，其中，RP相的结构式为(RNH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
，RNH3是长链有机间隔阳离子，A是甲胺(CH3NH
3+
，MA)，甲咪(HC(NH2)
2+
，FA)等阳离子，B是Pb或Sn等金属，X是卤素离子，n是长链有机阳离子包裹的无机骨架层数，而DJ相的结构式为A
’
A
n
‑1B
n
X
3n+1
，A
’
是有机双胺阳离子；所述钙钛矿活性层的制备方法为旋涂、打印或气相沉积。
[0020]可选的，所述封装胶层为阻隔性能良好的聚合物，可以是EVA(乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物)、POE(乙烯
‑
丁烯高聚物或乙烯
‑
辛烯高聚物)或其他环氧树脂类材料。
[0021]一种上述热稳定的钙钛矿太阳能电池结构的制作方法，包括以下步骤：
[0022]1)采用原子层沉积或电子束热蒸镀工艺于第一基板的至少一表面制作第一红外反射层；
[0023]2)于第一基板上制作电池本体；
[0024]3)于电池本体外侧涂覆封装胶形成封装胶层；
[0025]4)对封装胶层进行固化。
[0026]可选的，在步骤2)和步骤3)之间，还包括采用原子层沉积或电子束热蒸镀工艺于电池本体表面沉积第二红外反射层的步骤。
[0027]本专利技术的有益效果为：
[0028]1)当太阳光照射到钙钛矿太阳能电池器件时，大多数或全部的近红外及红外光将被红外反射层反射回空气中，无法入射到器件内部，从而可以减少其所产生的热辐射对器件的损坏，提高稳定性。同时，红外反射层在可见光范围内具有较高的透过率，能使得太阳光中的可见光最大程度地入射到器件内，提高电池的吸收和光电转化效率以及使用寿命；
[0029]2)不仅可以用于提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，，还能用于提高器件的封装性能，两者兼得；
[0030]3)工艺简单，材料易于获得、成本低。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1的热稳定的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例1的热稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：包括电池本体，所述电池本体设于第一基板上，包括按序设置的第一导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层和第二导电层；电池本体的外侧包覆有封装胶层；其中第一导电层和第二导电层的至少之一为透明导电层并作为光入射面，所述光入射面上设有红外反射层，所述红外反射层由具有高低折射率的两种薄膜交替堆叠而成，两种薄膜材料的折射率之差大于0.3。2.根据权利要求1所述的热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述高低折射率的两种薄膜包括TiO2/SiO2、TiO2/alucone、HfO2/SiO2、HfO2/alucone、Ta2O5/Al2O3、Ta2O5/alucone、TiO2/Al2O3和HfO2/Al2O3；所述红外反射层对可见光的透过率≥90％，对近红外及红外线的反射率≥95％。3.根据权利要求1所述的热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述第一导电层为透明导电层，所述第一基板为透明基板，所述第一基板的至少一表面上沉积有所述红外反射层的结构的第一红外反射层。4.根据权利要求3所述的热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述第二导电层为不透明导电层。5.根据权利要求3所述的热稳定的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述第二导电层为透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁雅恋，魏展画，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：