[发明专利]一种用于水下环境的光伏电池及其制作工艺

说明书

本发明申请是关于一种用于水下环境的光伏电池及其制作工艺，本发明中光吸收材料为铅基钙钛矿半导体；宽带隙的光伏电池可用于水下光伏发电，解决现有技术难以为水下用电设备长时供电的难题。该电池的主要结构包括可弯曲金属衬底、空穴传输材料、空穴改性层、钙钛矿光吸收材料、钝化层、电子传输层以及透明电极等。水下使用的光伏电池中钙钛矿光吸收层的带隙较宽（约1.9~2.5eV）,以甲脒铅溴三FAPbBr₃钙钛矿材料为基础，针对不同的水深，选用不同带隙的钙钛矿吸光材料。

技术领域

本发明申请涉及光伏技术领域，具体涉及一种用于水下环境的光伏电池及其制作工艺。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是一种新型的光伏电池技术，光吸收范围可调范围大，同时还具易于加工，成本低廉等特点。近年来，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提升迅速，已达到25.7％的水平，但是目前对实际应用的研发还受到诸多限制。

随着社会的不断发展进步和时代的变迁，可弯曲的光伏电池器件的应用日益重要，它们具有轻便、柔性可弯曲等特点，具有较高的使用灵活性，使用场景广。目前柔性光伏器件主要使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚2,6-萘乙酸乙二醇酯(PEN)等塑料透明衬底，弯折性能极佳，但衬底强度很低，在使用过程中很容易导致透明导电层和光吸收层的破坏，导致这类电池性能的快速衰减、实用性欠缺。本发明针对这些问题，采用可弯曲的金属做衬底，兼具强度和柔性，更具应用价值。

钙钛矿材料弱光响应好，调节其带隙，能够完美匹配不同水深的应用。从2-100m水深，对应带隙1.9eV～2.5eV,针对水下场景的光伏电池当前依旧空白，在如今探测器、水下机器人、水产养殖等行业繁荣发展的前景下，水下自主供电系统的实现迫在眉睫。

发明内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明申请提供一种用于水下环境的光伏电池及其制作工艺。本发明以兼具刚性和柔性的金属作为水下光伏器件的基底骨架，充分发挥钙钛矿可实现柔性化器件及其弱光响应性能优异的特点，开发一种水下和自然环境都能够广泛应用的反式钙钛矿太阳能电池。不同带隙的钙钛矿电池对应不同深度的水下发电性能，能够实现光电转换效率的最大化。

本发明申请第一方面提供了一种用于水下环境的光伏电池，所述电池为p-i-n结构，从底层到顶层分别是，可弯曲金属衬底、空穴传输层、空穴改性层、钙钛矿吸光层、界面钝化层、电子传输层、透明导电层。

进一步的，所述可弯曲金属衬底包括铁、铜、镍的合金，所述合金的厚度为，厚度为30-200μm。

进一步的，所述空穴传输层，选用氧化镍NiO_x或氧化镍NiO_x/介孔无机空穴导体复合结构，或氧化镍NiO_x/有机功能分子改性层结构。

进一步的，所述空穴改性层，包括含氟F、氯Cl、溴Br、碘I官能团的咔唑类分子。

进一步的，所述吸光层，采用三维钙钛矿，或用二维界面处理的二维/三维复合钙钛矿材料，其厚度为300-1000nm，所述三维钙钛矿材料，以甲脒铅溴三FAPbBr3为基础，带隙为2.26eV，同时一价阳离子或卤离子的掺杂，分子式为FA_xMA_yCs_1-x-yPbCl_aBr_3-a-bI_b，Cl或I所占比例≤30％，所述一价阳离子包括但不限于甲胺MA，甲脒FA，铯Cs；所述掺杂的卤离子为氯Cl，溴Br，碘I。

进一步的，所述界面钝化层包括表界面改性层和界面缺陷钝化层，所述表界面改性层包括有机功能分子、二维钙钛矿材料、无机二维钙钛矿材料、或硫化锌ZnS、硫化铅PbS、碳60C60。

进一步的，所述界面钝化层所用的界面改性材料包括：