一种太阳能电池及其制备方法技术

本申请涉及一种太阳能电池及其制备方法，本发明专利技术中的太阳能电池以柔性金属为基底，最上层为透明导电层。相比于导电玻璃基材，金属基材中的活泼元素易与其相邻的载流子传输层发生反应，为了避免电池制备过程中出现这种状况，本发明专利技术在柔性金属基底与空穴传输层之间设有金属阻隔层，金属阻隔层会阻隔金属基底中的活泼杂质元素扩散到空穴传输层中，减少空穴复合中心的产生，提高了电池的电流密度和空穴传输层的稳定性。输层的稳定性。输层的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池因其结构简单，理论效率高，在近10年迎来快速发展。浮法超白玻璃的表面粗糙度低，化学、物理性质稳定且对太阳光的透过率高，适合作为薄膜太阳能电池的支撑材料和光线透过材料，因此目前钙钛矿电池的产业化制造主要在玻璃基材上。而钙钛矿电池相比于晶硅电池，轻薄和可折叠是其特有的优势，可以用作于柔性、可穿戴、叠层电池方向。

技术实现思路

[0003]基于此，提供一种太阳能电池及其制备方法。
[0004]本专利技术提出一种太阳能电池，电池的结构由下至上依次包括：柔性金属基底、金属阻隔层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和透明导电层；柔性金属基底的抗拉强度不小于150MPa，电阻率不大于5
×
10
‑7Ω
·
m。
[0005]本专利技术还提出一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1.对柔性金属基底进行前处理；
[0007]S2.在加热的柔性金属基底上通过磁控溅射法或蒸发法沉积金属阻隔层；
[0008]S3.在金属阻隔层上通过磁控溅射法、蒸发法或ALD原子层沉积法沉积空穴传输层；
[0009]S4.在空穴传输层上通过共蒸法或两步蒸发法沉积钙钛矿吸光层；
[0010]S5.在钙钛矿吸光层上通过ALD原子层沉积法或蒸发法沉积电子传输层；
[0011]S6.在电子传输层上通过磁控溅射法或RPD镀膜技术沉积透明导电层，得到太阳能子电池；
[0012]S7.对太阳能子电池进行串联和封装，得到太阳能电池；
[0013]其中，步骤S2
‑
S6在镀膜腔体中进行。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0015]本专利技术中的太阳能电池，由于采用的柔性金属基底为不透光材料，因此使用透明导电层作为柔性钙钛矿太阳能电池的窗口层，解决了柔性金属基底直接应用在钙钛矿太阳能电池中缺少透光窗口的问题。因为现有技术中常采用透明玻璃基材和金属电极作为钙钛矿太阳能电池的两个端面，若以柔性金属基底直接替换透明玻璃基材而不对另一端面的材料作相应调整，将会面临无透光窗口的问题。
[0016]并非直接将现有技术中的钙钛矿太阳能电池的制备顺序颠倒后即可得到本方案，具体的，现有钙钛矿太阳能电池以透明导电玻璃为基底，最上层为金属电极，而本专利技术中是以柔性金属为基底，最上层为透明导电层。柔性金属基底中的活泼杂质元素会扩散到空穴传输层中，与空穴传输层的材料进行替换和填补空穴传输层的空隙，在空穴传输层中引入
缺陷，形成空穴复合中心，造成空穴的复合，降低电池的电流密度。而设立在基底与空穴传输层中间的阻隔层会阻隔金属基底中的活泼杂质元素扩散到空穴传输层中，防止这些负面影响发生。
附图说明
[0017]图1为一个实施例中太阳能子电池的IV曲线；
[0018]图2为一个实施例中太阳能子电池串联示意图；
[0019]图3为一个实施例中完成串联后的电池组件结构示意图；
[0020]图4为一个实施例中完成封装后太阳能电池组件示意图；
[0021]图5为一个实施例中完成封装后太阳能电池结构示意图；
[0022]图6为另一个实施例中太阳能子电池的IV曲线。
具体实施方式
[0023]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0024]本专利技术提出一种太阳能电池，其结构由下至上依次包括：柔性金属基底、金属阻隔层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和透明导电层。
[0025]柔性金属基底的抗拉强度不小于150MPa，电阻率不大于5
×
10
‑7Ω
·
m。
[0026]柔性金属基底由比强度较大的金属制成箔片而得，其箔片具备良好的抗拉强度，在Roll
‑
to
‑
roll真空镀膜时可以承受较大的张力，适用于生产环节；同时其应具备较低的电阻率，即良好的导电性，能够作为柔性太阳能电池的支撑材料和导电材料。
[0027]金属阻隔层为不透光材料，为防止柔性金属基底中的活泼元素与空穴传输层发生反应，其应具备以下特点：
[0028]1)与柔性金属基底具有良好的粘附性。具有和基材相近的物理性质，如热膨胀系数、泊松比和杨氏模量。
[0029]2)载流子迁移率高。
[0030]3)性质稳定，不与空穴传输层反应。金属阻隔层中活泼元素会与空穴传输层的材料进行替换或者填补空隙，形成载流子复合中心，降低电流密度。因此应选择性质稳定的阻隔层材料。
[0031]由于采用的柔性金属基底为不透光材料，因此本专利技术使用透明导电层作为柔性钙钛矿太阳能电池的窗口层，解决了柔性金属基底直接应用在钙钛矿太阳能电池中缺少透光窗口的问题。因为现有技术中常采用透明玻璃基材和金属电极作为钙钛矿太阳能电池的两个端面，若以柔性金属基底直接替换透明玻璃基材而不对另一端面的材料作相应调整，将会面临无透光窗口的问题。并非直接将现有技术中的钙钛矿太阳能电池的制备顺序颠倒后即可得到本方案，具体的，现有钙钛矿太阳能电池以透明导电玻璃为基底，最上层为金属电极，而本专利技术中是以柔性金属为基底，最上层为透明导电层。相比于导电玻璃基材，柔性金属基底中的活泼元素易与其相邻的载流子传输层发生反应，为了避免电池制备过程中出现这种状况，本专利技术在柔性金属基底与空穴传输层之间设有金属阻隔层，金属阻隔层可以阻
隔柔性金属基底中的活泼元素，防止基底中的活泼元素扩散到空穴传输层。提高了电池的电流密度和空穴传输层的稳定性。
[0032]优选地，柔性金属基底为Ti箔、不锈钢箔、Ir箔或Pt箔；
[0033]金属阻隔层的材料为Ti、Mo、Ag、Au、Cr或Al中的一种或多种；
[0034]电子传输层的材料为SnO2、TiO2、ZnO、Nb2O5、WO
x
、C60或PCBM(富勒烯衍生物)中的一种或多种，其中WO
x
中x的取值范围为0＜x≤3；
[0035]钙钛矿吸光层的材料为MAPbI3
‑
nCln、FAPbI3
‑
nCln、CsPbI3
‑
nCln、FAmMA1
‑
mPbI3
‑
nCln、MAPbI3
‑
nBrn、FAPbI3
‑
nBrn、MASnI3
‑
nCln、FASnI3
‑
nCln中的一种或者多种，其中m的取值范围为0～1，n的取值范围为0.5～1,MA
+
为甲氨基，FA
+
为甲脒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池，其特征在于，所述电池的结构由下至上依次包括：柔性金属基底、金属阻隔层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和透明导电层；所述柔性金属基底的抗拉强度不小于150MPa，电阻率不大于5
×
10
‑7Ω
·
m。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述柔性金属基底为Ti箔、不锈钢箔、Ir箔或Pt箔；所述金属阻隔层的材料为Ti、Mo、Ag、Au、Cr或Al中的一种或多种；所述电子传输层的材料为SnO2、TiO2、ZnO、Nb2O5、WO
x
、C60或富勒烯衍生物PCBM中的一种或多种；其中WO
x
中x的取值范围为0＜x≤3；所述钙钛矿吸光层的材料为MAPbI3
‑
nCln、FAPbI3
‑
nCln、CsPbI3
‑
nCln、FAmMA1
‑
mPbI3
‑
nCln、MAPbI3
‑
nBrn、FAPbI3
‑
nBrn、MASnI3
‑
nCln、FASnI3
‑
nCln中的一种或者多种；m的取值范围为0～1，n的取值范围为0.5～1；所述空穴传输层的材料为NiO、CuI、CuSCN、Spiro
‑
OMeTAD、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸PEDOT：PSS或聚噻吩PT中的一种或多种；所述透明导电层的材料为AZO、ITO、FTO、IWO、ATO或IMO中的一种或多种。3.一种如权利要求1或2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对柔性金属基底进行前处理；S2.在加热的柔性金属基底上通过磁控溅射法或蒸发法沉积金属阻隔层；S3.在金属阻隔层上通过磁控溅射法、蒸发法或ALD原子层沉积法沉积空穴传输层；S4.在空穴传输层上通过共蒸法或两步蒸发法沉积钙钛矿吸光层；S5.在钙钛矿吸光层上通过ALD原子层沉积法或蒸发法沉积电子传输层；S6.在电子传输层上通过磁控溅射法或RPD镀膜技术沉积透明导电层，得到太阳能子电池；S7.对太阳能子电池进行串联和封装，得到所述太阳能电池；其中，步骤S2
‑
S6在镀膜腔体中进行。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当柔性金属基底为Ti箔且金属阻隔层为Ti时，所述步骤S2中在加热的柔性金属基底上通过磁控溅射法沉积金属阻隔层的方法包括：在真空度低于10Pa的环境下对Ti箔进行加热，使Ti箔升温至50～80℃；在镀膜腔体真空度低于5E10
‑4Pa的气压下，通入纯度99.999％的Ar气，至镀膜腔体真空度在0.3～1Pa；使用直流溅射电源输出电压和电流，对纯度99.99％wt以上的Ti靶进行溅射，最终在Ti箔表面沉积一层10～20nm厚的Ti阻隔层。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当空穴传输层为NiO时，所述步骤S3中在金属阻隔层上通过磁控溅射法沉积空穴传输层的方法包括：在镀膜腔体真空度低于5E10
‑4Pa的气压下，通入纯度99.999％的氩气和纯度99.999％的氧气，氩气和氧气流量比例在(2:1)～(5:1)，至镀膜腔体真空度在0.3～1Pa；使用射频溅射电源输出电压和电流，对纯度99.99％wt以上的NiO
y
陶瓷靶进行溅射，最终在金属阻隔层薄膜表面沉积一层15～60nm厚的NiO空穴传输层；y的取值范围为0＜y≤1。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当钙钛矿吸光层为MAPbI3‑
x
Cl

【专利技术属性】
技术研发人员：来华杭，王正安，郭峰，汪潇，王铭杰，顾子莺，
申请(专利权)人：杭纳半导体装备杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：