[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。其中，钙钛矿太阳能电池模块有若干单节钙钛矿太阳能电池组成，在单节钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层的一个断开端与对电极层之间具有顶部电荷传输材料形成的分隔层。所述分隔层是通过对顶部电荷传输层刻蚀区域的特殊设定，使钙钛矿吸光层的断开端能够保留有顶部电荷传输材料，从而实现了与对电极层的分隔。由于采用了分隔层的特殊设置，使得钙钛矿太阳能电池模块具有了较高的器件稳定性和电池效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法。

背景技术

太阳能光伏发电是解决目前日益严重的能源与环境问题的一种有效手段。经过数十年的发展，电池的种类从传统的单晶硅电池发展到各类新型太阳能电池，包括无机半导体薄膜电池、有机半导体薄膜电池、染料敏化电池以及钙钛矿薄膜电池等。在染料敏化太阳能电池基础上发展起来的钙钛矿太阳能电池，在短短几年内实现了光电转换效率的飙升，被Science评为“2013年十大科学突破”之一。钙钛矿太阳电池光电转换效率在短短几年的研究效率如此迅速的提升，这在太阳能电池研究领域是没有先例的，已经引起了国内外学术界和工业界广泛关注和兴趣。

这种新型太阳能电池包括透明导电基底(透明基底上沉积导电层)，在该导电基底上形成的光生电单元(例如，由电子传输层、钙钛矿光电转换层和空穴传输层形成的光生电单元)，以及对电极层。钙钛矿太阳能电池可以分为正式和反式两种，正式太阳能电池基本结构是FTO/电子传输层(如二氧化钛)/钙钛矿/空穴传输层(如Spiro-MeTAD)/金属电极(如Au)；反型钙钛矿电池基本结构是ITO或FTO/空穴传输层(如PEDOT:PSS)/钙钛矿/电子传输层(如PCBM)/金属电极(如Ag)。

作为第三代太阳能电池中的后起之秀，钙钛矿太阳能电池在最近五年获得飞速发展，目前的光电转换效率已经达到21％。但是，大部分报道的钙钛矿电池的有效工作面积均在0.3cm²以下，离工业化的标准还有很大距离。Matteocci et al.最先报道的钙钛矿太阳能电池模块为四块单电池串联，有效面积为16.8cm²，有效面积的效率为5.1％。但是由于其采用了遮掩膜的刻蚀方法，模块的有效面积率仅为67％，导致模块效率只有3.4％。后来采用激光切割的方法，模块的有效面积率提高到了84％，但是在5cm²的有效面积上，模块效率仍然只有6.6％，并且稳定性较差，模块效率衰减迅速。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种单节钙钛矿太阳能电池。该电池采用了特殊的结构设计，具有较高的光电转换效率和稳定性。

本发明的另一目的是提供一种包括上述单节钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池模块。

本发明的又一目的是提供上述钙钛矿太阳能电池模块的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种单节钙钛矿太阳能电池，该单节钙钛矿太阳能电池包括基底、导电层、对电极层，以及设于所述导电层和对电极之间用于实现电子传输、光吸收和空穴传输功能的光生电单元；所述光生电单元包括底部电荷传输层、中部钙钛矿光吸收层和顶部电荷传输层；其中，所述中部钙钛矿吸光层的一个断开端与对电极层之间具有顶部电荷传输材料形成的分隔层。

在现有技术的钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿吸光层的断开端一般是与对电极层直接接触的，我们研究后发现，这种结构存在以下缺点：一方面，部分钙钛矿可不经过电荷传输层而直接在对电极层界面进行电荷分离，这将导致电池效率降低；另一方面，对电极层跟与其相接触的钙钛矿中的部分元素(主要为卤素，例如碘)会发生反应，从而使电池器件的稳定性变差。为此，本发明设计了一种结构特殊的单节钙钛矿太阳能电池，成功避免了钙钛矿吸光层和对电极层的直接接触。在该单节钙钛矿太阳能电池中，通过对顶部电荷传输层刻蚀区域的特殊设定，使钙钛矿吸光层的断开端能够保留有顶部电荷传输材料，从而实现了与对电极层的分隔。