一种太阳能电池结构的制作方法

本实用新型属于薄膜太阳能电池器件设计制备技术领域，特别涉及一种太阳能电池结构。

背景技术：

随着化石能源的日益枯竭和其使用所带来的高昂的环境成本，可再生清洁能源的开发和利用受到广泛的关注。太阳能光伏发电技术和产品在全球范围内得到了高速增长，成为最具潜力的清洁能源。近年来发现的钙钛矿型太阳能电池由于高转换效率、低成本、环境友善、可挠式产品化等优点备受关注。

透明电极是钙钛矿型太阳能电池结构中的关键部分之一，起到将太阳电池产生的光电流传导到外电路的作用。透明电极需要具有以下特性：高导电性、高透光率以及产业化需要的柔性(可挠性)；此外，在大规模生产的要求下，还需要具有低成本、易合成、适合大规模制备等特点。目前常用的透明电极为FTO(掺氟氧化锡)、ITO(氧化铟锡)、AZO(掺铝氧化锌)等，这类金属氧化物半导体类的透明电极除了具备90％左右较高透光率的优势之外，其导电性、可挠性均较差；此外其生产大多需要使用磁控溅射、原子沉积、激光沉积、化学气相沉积、分子束外延等高耗能的制备方法和相应设备，成本高，制备条件苛刻。

因此申请人提出了一种利用碳纳米管透明电极的太阳能电池结构，但是碳纳米管透明电极与一般基底之间的结合力不强，导致电池结构不稳定。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种太阳能电池结构，将碳纳米管网状结构薄膜在钙钛矿型太阳电池结构中作为透明电极层，所述的碳纳米管透明电极为具有高透光性的单壁碳纳米管及多壁碳纳米管网状导电薄膜，其导电性、透光率及可挠性大大优于前述的半导体金属氧化物；并且增设树脂粘结层使得电极层与基底之间结合力更加紧密，或者直接将树脂粘结层作为基底使用。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种太阳能电池结构，包括基底、碳纳米管透明电极层102、金属对电极层112以及设置在碳纳米管透明电极层102和金属对电极层112之间的钙钛矿活性层108，在所述碳纳米管透明电极层102和基底之间设置有树脂粘结层101。

所述碳纳米管透明电极层102为由单壁碳纳米管或由多壁碳纳米管或由单壁碳纳米管和多壁碳纳米管混合组成的网状导电薄膜。

所述单壁及多壁碳纳米管的直径为1-100nm，具有1000：1以上的长径比。

所述单壁及多壁碳纳米管具有10000：1以上的长径比。

一种具体电池结构，所述碳纳米管透明电极层102和金属对电极层112之间还设置有半导体致密层104、多孔支架层或电子传输层106和空穴传输层110，其中，半导体致密层104位于碳纳米管透明电极层102上，多孔支架层或电子传输层106位于半导体致密层104与钙钛矿活性层108之间，空穴传输层110位于钙钛矿活性层108与金属对电极层112之间。

所述碳纳米管透明电极层102厚度为5-100nm；所述半导体致密层104厚度为20-150nm；所述多孔支架层或电子传输层106厚度为100-2000nm；所述钙钛矿活性层108厚度为100-3000nm；所述空穴传输层110厚度为10-200nm。

或者，另一种具体结构，所述碳纳米管透明电极层102和金属对电极层112之间还设置有电子传输层106和空穴传输层110，其中，空穴传输层110位于碳纳米管透明电极层102和钙钛矿活性层108之间，电子传输层106位于钙钛矿活性层108和金属对电极层112之间。

本实用新型一种太阳能电池结构的另一种形式，包括碳纳米管透明电极层102、金属对电极层112以及设置在碳纳米管透明电极层102和金属对电极层112之间的钙钛矿活性层108，其特征在于，在所述碳纳米管透明电极层102下方设置有作为基底的树脂粘结层101。

与现有技术相比，本实用新型用碳纳米管透明电极替代原结构中的透明电极，碳纳米管透明电极主要结构为具有高透光性的单壁及多壁碳纳米管网状导电薄膜，其导电性、透光率、产品柔性均优于现有材料；并且利用树脂粘结层提高电极层与基底之间的结合力，或者直接将树脂粘结层作为基底使用，使得太阳能电池结构更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型使用碳纳米管透明电极的钙钛矿型太阳电池的一种结构示意图。

图2为本实用新型使用碳纳米管透明电极的钙钛矿型太阳电池的另一种结构示意图。

图3为本实用新型碳纳米管透明电极的微观结构示意图。

具体实施方式

在描述本实用新型的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本实用新型无意局限于所选择的特定术语。应了解每个特定元件包括类似的方法运行以实现类似目的的所有技术等同物。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为使用碳纳米管透明电极的钙钛矿型太阳电池结构示意图，其电池结构由以下部分组成：

0.树脂粘结层101，其制备工艺：将聚丙烯酸类树脂的单体与质量浓度1％的光引发剂DMPA混合后涂覆于玻璃或者PET基底表面，在紫外光照射下，室温条件下引发聚合反应，形成粘结层，用于增强碳纳米管透明电极与玻璃或PET基底之间的粘合性，或者也可以直接将该树脂粘结层101作为基底进行使用。

1.碳纳米管透明电极层102，可以采用化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等方法进行制备。特别的，采用溶液聚合方法制备或其他方法制备的单壁及多壁碳纳米管溶液浆料特别易于大规模、低成本地进行合成，同时利用卷对卷制备技术，如狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布、喷墨印刷等进行大规模生产。厚度可以为5-100nm，层结构如图3所示。

本层的另一特点为柔性，大大改善了传统半导体金属氧化物透明电极的易碎性。

2.在碳纳米管透明电极层102上形成的与钙钛矿活性层材料能级匹配的半导体致密层104(通常为二氧化钛或氧化锌)。厚度为20-150nm。

3.在致密导电层上形成的多孔支架层或电子传输层106，通常为介孔二氧化钛，使用溶胶凝胶法制备介观粒子溶胶后，退火烧结制备。也可以使用富勒烯类电子传输层材料代替。厚度为100-2000nm。

4.在多孔支架层上形成的活性钙钛矿层108，结构为(RNH₃)AX_nY_3-n(R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数)，通常采用旋涂法、气相沉积、磁控溅射等方法形成，也可以采用适用于柔性及大规模制备的卷对卷工艺进行制备，即将活性材料的浆料通过狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布、喷墨印刷等方法形成。厚度为100-3000nm。

5.在活性钙钛矿层108上形成的空穴传输层110，其特点为与钙钛矿活性材料能级相匹配的有机、无机材料，如碘化亚铜、PEDOT：PSS、聚对苯撑乙烯类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类、丁二烯类等，厚度为100-1000nm。

6.在空穴传输层上形成的金属对电极层112，材料为金、银、铝、铂等金属，可采用磁控溅射、热蒸发、原子沉积、激光沉积等方法制备，在柔性制备过程中，还可以使用卷对卷工艺进行制备，即将导电金属电极材料的浆料通过狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布、喷墨印刷等方法形成。厚度为10-200nm。

在上述各层中，半导体致密层104与空穴传输层110可以不用，以简化工艺，降低成本，但得到的电池效率相对较低。

在上述各层中，每层的材料均为现有产品。

图2为另一种结构的钙钛矿型太阳能电池，将正负极倒置，结构中包括树脂粘结层101，碳纳米管透明电极层102，空穴传输层110，活性钙钛矿层108，电子传输层106，金属对电极层112。

图3为碳纳米管透明电极的微观结构示意图，其中每一条黑线代表一根直径为1-100nm的单壁或多壁碳纳米管。如果采用溶液方法或其他方法制备的碳纳米管进行溶液相分散，则可以将得到的碳纳米管溶液制成浆料进行卷对卷工艺制备，得到无规的网状结构。

该结构的透光性取决于碳纳米管的疏密程度，一般情况下可以达到95％以上，优于现有方案使用的金属氧化物半导体类材料。