一种钙钛矿电池的内阻测定方法及测试器件与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是指一种钙钛矿电池的内阻测定方法及测试器件。


背景技术：

2.钙钛矿太阳能电池在实际应用中，通常需要将钙钛矿太阳能电池各个子电池串联或并联，构建成钙钛矿太阳能电池模组。例如中国专利文献cn105576135a中公开的大面积全固态钙钛矿介观太阳能电池。从子电池到模组的过程中，需要对整块电池利用激光刻蚀进行图案化处理，以获得子电池相互串联或并联的模组器件，图案化过程中会带来电池器件中串联电阻的增加，太阳能电池内部增加的电阻是造成模组器件性能低于子电池器件的主要因素，也是制约器件性能一个重要因素。
3.目前，对于钙钛矿太阳能电池的内阻测定并没有有效的方式。现有技术中，通过电化学阻抗谱分析太阳能电池的内阻，但是电化学阻抗谱分析复杂，需要进行复杂的电路拟合，还需要借助电化学工作站来进行测试，仪器较为昂贵，并且，通过该方法通常获得的是器件内部整体的电阻信息，对基于三层多孔膜结构的可印刷介观钙钛矿太阳能电池的各功能层的层间接触电阻难以进行单独分析。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种钙钛矿电池的内阻测定方法及测试器件，以解决现有技术中的钙钛矿电池的内阻测定方法分析复杂、仪器昂贵、无法分析钙钛矿太阳能电池的层间接触电阻的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种钙钛矿电池的内阻测定方法，包括如下步骤：
7.(1)取导电玻璃，在所述导电玻璃的导电层上刻蚀出m条第一刻线，形成沟槽；其中，m为正整数；
8.(2)在步骤(1)中得到的刻蚀后的导电玻璃上制备中间层，并在所述中间层上刻蚀出第二刻线，形成沟槽；所述第二刻线的数量为n；n为偶数，且n＝m或者n＝m+1；所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧或两侧；
9.(3)在步骤(2)中得到的所述中间层上制备电极层，并在所述电极层上刻蚀出第三刻线，形成沟槽，得到测试器件；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧；
10.(4)测试至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，根据测试得到的电阻值得到所述测试器件的内电阻。
11.优选地，当n＝2，且m＝n时，第一条所述第一刻线与第二条所述第一刻线之间的间距为第一间距；第一条所述第二刻线与第二条所述第二刻线之间的间距为第二间距；
12.所述第一间距小于所述第二间距。
13.优选地，第一条所述第三刻线与第二条所述第三刻线之间的间距为第三间距；
14.所述第三间距大于所述第二间距。
15.优选地，当n大于2，且m＝n时，第n条所述第一刻线与第n-1条所述第一刻线之间的间距为第一间距；第n-1条所述第一刻线与第n-2条所述第一刻线之间的间距为第四间距；第n条所述第二刻线与第n-1条所述第二刻线之间的间距为第二间距；第n-1条所述第二刻线与第n-2条所述第二刻线之间的间距为第五间距；所述第一间距小于所述第二间距；所述第四间距大于所述第五间距。
16.优选地，第n条所述第三刻线与第n-1条所述第三刻线之间的间距为第三间距；第n-1条所述第三刻线与第n-2条所述第三刻线之间的间距为第六间距；所述第三间距大于所述第二间距；所述第六间距小于所述第五间距。
17.优选地，步骤(3)中，通过所述第三刻线将所述电极层等分。
18.优选地，步骤(4)中，所述测试器件的内电阻包括导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。
19.优选地，步骤(4)包括：
20.根测试得到的至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，获得所述n与电阻值的关系点；
21.根据得到的所述关系点得到拟合直线，所述拟合直线的斜率即为导电玻璃与电极层之间的接触电阻。
22.优选地，根据所述拟合直线的截距得到导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和；
23.或者，根据如下公式获得导电玻璃的传输电阻：
[0024][0025]
其中，rf为所述导电玻璃的传输电阻；ρf为所述导电玻璃的电阻率；s为所述导电玻璃的宽度；df为所述导电玻璃的导电层的厚度；l为所述导电玻璃的长度；
[0026]
或者，根据如下公式获得电极层的传输电阻：
[0027][0028]
其中，rc为所述电极层的传输电阻；ρc为所述电极层的电阻率；s’为所述电极层的宽度；d为所述电极层的厚度；l’为所述电极层的长度。
[0029]
本发明还提供一种钙钛矿电池的内阻测试器件，包括依次设置的导电玻璃、中间层、电极层；所述导电玻璃层上设有m条第一刻线；所述中间层上设有第二刻线；所述电极层上设有第三刻线；其中，m为正整数；所述第二刻线的数量为n；n为偶数，且n＝m或者n＝m+1；所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧或两侧；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧。
[0030]
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
[0031]
(1)本发明的钙钛矿电池的内阻测定方法，包括如下步骤：取导电玻璃，在所述导电玻璃的导电层上刻蚀出m条第一刻线，形成沟槽；在得到的刻蚀后的导电玻璃上制备中间层，并在所述中间层上刻蚀出第二刻线，形成沟槽；所述第二刻线的数量为n；n为偶数，且n
＝m或者n＝m+1；所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧或两侧；在得到的所述中间层上制备电极层，并在所述电极层上刻蚀出第三刻线，形成沟槽，得到测试器件；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧；测试至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，根据测试得到的电阻值得到所述测试器件的内电阻。本发明的钙钛矿电池的内阻测定方法，通过测试可以获得的所述测试器件的内电阻包括导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。对于完整的钙钛矿电池而言，其内电阻包括钙钛矿的传输电阻、导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。而通过本发明所述的钙钛矿电池的内阻测定方法，可以将钙钛矿的传输电阻与所述测试器件的内电阻分别进行测试，以实现各功能层及层间接触电阻的单独分析。上述测试方法，无需借助昂贵的测试仪器，分析简单精确，有助于分析太阳能电池中的性能损失来源。
[0032]
(2)本发明的钙钛矿电池的内阻测定器件，通过与太阳能电池模组结构对应，可以简单有效的获取可印刷介观钙钛矿太阳能电池中的传输电阻和接触电阻。
附图说明
[0033]
图1是本发明的钙钛矿电池的内阻测定方法的测试器件的结构示意图；
[0034]
图2是图1中的测试器件的侧视方向局部结构示意图；
[0035]
图3是图2中的测试器件的重复单元的电流方向示意图；
[0036]
图4是图3中的测试器件的重复单元的电路示意图；
[0037]
图5是本发明的具体实施方式中n＝2时的测试器件的结构示意图；
[0038]
图6是本发明的具体实施方式中n＝4时的测试器件的结构示意图；
[0039]
图7是本发明的具体实施方式中n＝6时的测试器件的结构示意图；
[0040]
图8是本发明的具体实施方式中n＝8时的测试器件的结构示意图；
[0041]
图9是本发明的具体实施方式中钙钛矿电池的内阻测定方法的拟合直线图；
[0042]
其中，1、透明玻璃层；2、导电层；3、中间层；4、电极层。
具体实施方式
[0043]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0044]
本实施例的钙钛矿电池的内阻测定方法，如图1-3所示，包括如下步骤：
[0045]
(1)取导电玻璃，在所述导电玻璃的导电层2上刻蚀出m条第一刻线p1，形成沟槽；其中，m为正整数；
[0046]
(2)在步骤(1)中得到的刻蚀后的导电玻璃上制备中间层3，并在所述中间层3上刻蚀出第二刻线p2，形成沟槽；所述第二刻线p2的数量为n；n为偶数，且n＝m或者n＝m+1；所述第二刻线p2分别位于相应的所述第一刻线p1的一侧或两侧；
[0047]
(3)在步骤(2)中得到的所述中间层3上制备电极层4，并在所述电极层4上刻蚀出第三刻线p3，形成沟槽，得到测试器件；所述第三刻线p3与所述第二刻线p2的数量相等，分
别位于相应的所述第二刻线p2的一侧；
[0048]
(4)测试至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，根据测试得到的电阻值得到所述测试器件的内电阻。
[0049]
本发明通过对所述测试器件的测试，可以获得所述测试器件的内电阻，而所述测试器件仅包括导电玻璃、中间层、电极层，通过测试可以获得的所述测试器件的内电阻包括导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。对于完整的钙钛矿电池而言，其内电阻包括钙钛矿的传输电阻、导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。而通过本发明所述的钙钛矿电池的内阻测定方法，可以将钙钛矿的传输电阻与所述测试器件的内电阻分别进行测试，以实现各功能层及层间接触电阻的单独分析。
[0050]
本实施例中，所述第一刻线的设置实现了将所述导电玻璃的导电层分割间隔的作用；所述第二刻线的设置实现了将所述中间层分割间隔的作用，并且当制备电极层时，可以使所述电极层的浆料充盈所述第二刻线形成的沟槽内，进而使所述电极层在所述第二刻线处与所述导电玻璃连接；所述第三刻线的设置实现了将所述电极层分割间隔的作用。由此，形成了如图1-2所示的结构的测试器件。所述测试器件在通电时，如图3所示，箭头所示为电流，电流由所述导电玻璃的一端流入，由于所述第一刻线的存在，无法向另一端流动，而是向所述第二刻线处的沟槽中的所述电极层流去，经过所述第二刻线的沟槽，流入所述电极层，由于所述第三刻线的存在，电流无法流向所述电极层的端部，而是通过所述第二刻线处的沟槽向所述导电玻璃流去，由此模拟出一个子电池的重复单元。
[0051]
需要说明的是，本实施例中，所述n的取值并不唯一，当n＝2，且m＝n时，所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧。第一条所述第一刻线与第二条所述第一刻线之间的间距为第一间距k1；第一条所述第二刻线与第二条所述第二刻线之间的间距为第二间距k2；所述第一间距k1小于所述第二间距k2。第一条所述第三刻线与第二条所述第三刻线之间的间距为第三间距k3；所述第三间距k3大于所述第二间距k2。
[0052]
当n＝2，且n＝m+1时，即所述第一刻线为1条，所述第二刻线、所述第三刻线均为2条；所述所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的两侧。第一条所述第二刻线与第二条所述第二刻线之间的间距为第二间距k2；第一条所述第三刻线与第二条所述第三刻线之间的间距为第三间距k3；所述第三间距k3大于所述第二间距k2。
[0053]
当n大于2，且m＝n时，第n条所述第一刻线与第n-1条所述第一刻线之间的间距为第一间距k1；第n-1条所述第一刻线与第n-2条所述第一刻线之间的间距为第四间距k4；第n条所述第二刻线与第n-1条所述第二刻线之间的间距为第二间距k2；第n-1条所述第二刻线与第n-2条所述第二刻线之间的间距为第五间距k5；所述第一间距k1小于所述第二间距k2；所述第四间距k4大于所述第五间距k5。
[0054]
第n条所述第三刻线与第n-1条所述第三刻线之间的间距为第三间距k3；第n-1条所述第三刻线与第n-2条所述第三刻线之间的间距为第六间距k6；所述第三间距k3大于所述第二间距k2；所述第六间距k6小于所述第五间距k5。
[0055]
当n大于2，且n＝m+1时，相当于省略了当n大于2、且m＝n时的第n条所述第一刻线。第n-1条所述第一刻线的两侧分别设有第n条第二刻线、第n-1条第二刻线。即第n-1条所述
第一刻线与第n-2条所述第一刻线之间的间距为第四间距k4；第n条所述第二刻线与第n-1条所述第二刻线之间的间距为第二间距k2；第n-1条所述第二刻线与第n-2条所述第二刻线之间的间距为第五间距k5；所述第四间距k4大于所述第五间距k5。
[0056]
第n条所述第三刻线与第n-1条所述第三刻线之间的间距为第三间距k3；第n-1条所述第三刻线与第n-2条所述第三刻线之间的间距为第六间距k6；所述第三间距k3大于所述第二间距k2；所述第六间距k6小于所述第五间距k5。
[0057]
为更好地模拟相同的重复单元的子电池，步骤(3)中，通过所述第三刻线将所述电极层等分。
[0058]
作为本实施例的具体实现方式，步骤(4)中，所述测试器件的内电阻包括导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻。即r＝rc+rf+r
p2
，其中，r为所述测试器件的内电阻，也即电阻值；rc为电极层的传输电阻；rf为导电玻璃的传输电阻；r
p2
为导电玻璃与电极层之间的接触电阻。r
p2
＝nr
p2
，其中，n为子电池的数量；r
p2
为一个子电池的导电玻璃与电极层之间的接触电阻。
[0059]
如图4所示，为图3中的测试器件的重复单元的电路示意图，一个重复单元即相当于两个子电池，以一个重复单元作为所述测试器件，则一个重复单元的所述测试器件r＝rc+rf+r
p2
，其中，rc为一个子电池的电极层的传输电阻；rf为一个子电池的导电玻璃的传输电阻。
[0060]
步骤(4)中，测试至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，根据测试得到的电阻值得到所述测试器件的内电阻，包括：
[0061]
根测试得到的至少两个n的取值不同的所述测试器件的电阻值，获得所述n与电阻值的关系点；
[0062]
根据得到的所述关系点得到拟合直线，所述拟合直线的斜率即为导电玻璃与电极层之间的接触电阻。
[0063]
需要说明的是，本实施例中，通过制备不同n值的所述测试器件可以获得一些列(n，r)的关系点，将其进行作图可以拟合获得一条直线，再通过拟合直线获得导电玻璃与电极层之间的接触电阻，以减小不同的子电池的接触电阻之间的差别。n值越多，得到的导电玻璃与电极层之间的接触电阻的误差越小。
[0064]
根据所述拟合直线的截距得到导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和。所述拟合直线与y轴的截距为同样尺寸的测试器件中导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和的二分之一。
[0065]
作为本实施例可替换的实现方式，根据如下公式获得导电玻璃的传输电阻：
[0066][0067]
其中，rf为所述导电玻璃的传输电阻；ρf为所述导电玻璃的电阻率；s为所述导电玻璃的宽度；df为所述导电玻璃的导电层的厚度；l为所述导电玻璃的长度；
[0068]
根据如下公式获得电极层的传输电阻：
[0069][0070]
其中，rc为所述电极层的传输电阻；ρc为所述电极层的电阻率；s’为所述电极层的
宽度；d为所述电极层的厚度；l’为所述电极层的长度。
[0071]
需要说明的是，所述导电玻璃的宽度与所述电极层的宽度相等；所述导电玻璃的长度与所述电极层的长度相等。所述第一刻线、第二刻线、第三刻线的延伸方向为所述导电玻璃、所述电极层的长度方向。所述第一刻线、第二刻线、第三刻线的沟槽宽度大大小于所述导电玻璃、所述电极层的长度。由于各个沟槽的宽度大大小于导电玻璃、电极层的长度，因此，其对于传输电阻的影响可以忽略不计。本实施例中，各个沟槽的宽度可以达到1-100μm。
[0072]
作为本实施例的优选实现方式，所述钙钛矿电池的内阻测定方法还包括如下步骤：将钙钛矿前驱体溶液涂覆成膜，得到钙钛矿薄膜；测试所述钙钛矿薄膜的传输电阻。
[0073]
通过上述方式，可以分别得到所述钙钛矿薄膜的传输电阻、所述测试器件的内电阻(即导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻、导电玻璃与电极层之间的接触电阻之和)，各电阻之和即为钙钛矿电池的内阻。
[0074]
本实施例所述的钙钛矿电池的内阻测定方法，如图1所示，可以包括如下步骤：
[0075]
(1)取导电玻璃，在所述导电玻璃的导电层上激光刻蚀出m条第一刻线，形成沟槽，沟槽的宽度为20μm；其中，m分别为2、4、6、8；所述导电玻璃为fto导电玻璃；所述fto导电玻璃包括透明玻璃层1及导电层2，所述激光刻蚀使所述导电层分离间隔即可。
[0076]
激光刻蚀所述导电玻璃后，还可以利用清洗剂进行清洗，所述清洗剂可以为异丙醇或乙醇中的一种或多种。
[0077]
(2)在步骤(1)中得到的刻蚀后的导电玻璃上制备中间层，并在所述中间层上刻蚀出第二刻线，形成沟槽；所述第二刻线的数量为n；n为偶数，且n＝m；所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧；即n分别为2、4、6、8。
[0078]
其中，在所述导电玻璃上可以仅采用绝缘材料制成所述中间层，为更好地模拟完整的钙钛矿电池，所述中间层还可以是多层结构，根据待测的钙钛矿电池的情况在导电玻璃上制备，所述中间层可以包括电子传输层、致密层、纳米晶层等。即，所述中间层至少包括绝缘层，还可以包括电子传输层、致密层、纳米晶层等。本实施例中提供一种具体的实现方式，先在所述导电玻璃上印刷一层二氧化钛，作为电子传输层，再印刷一层二氧化锆，作为绝缘层。
[0079]
(3)在步骤(2)中得到的所述中间层上制备电极层，并在所述电极层上刻蚀出第三刻线，形成沟槽，得到测试器件；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧；本实施例中，所述电极层为通过印刷得到的碳电极膜。
[0080]
(4)分别测试n为2、4、6、8的所述测试器件的电阻值，根据测试得到的电阻值得到所述测试器件的内电阻。其中，如图5-8所示，分别为n＝2、n＝4、n＝6、n＝8时的所述测试器件的结构示意图。
[0081]
其中，所述电阻值的测试方式可以是通过数字源表测试所述测试器件的伏安特性曲线，再通过电压除以电流以获得电阻值r。作为本实施例的可替换实现方式，也可采用欧姆表直接测试所述测试器件的电阻值r。
[0082]
测试后获得的取值不同的n的所述测试器件的电阻值如下表所示：
[0083]
n2468电阻值r/ω11.212.112.914.0
[0084]
即获得所述n与电阻值的关系点为(2，11.2)、(4，12.1)、(6，12.9)、(8，14.0)。
[0085]
如图9所示，为根据得到的所述关系点得到拟合直线，所述拟合直线为r＝10.25+0.46n，所述拟合直线的斜率即为导电玻璃与电极层之间的接触电阻，即一个子电池的导电玻璃与电极层之间的接触电阻rp2r
p2
＝0.46ω。
[0086]
根据所述拟合直线的截距得到导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和。所述拟合直线与y轴的截距为同样尺寸的测试器件中导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和的二分之一。即同样尺寸大小的钙钛矿电池中，导电玻璃的传输电阻、电极层的传输电阻之和为20.5ω。
[0087]
本发明还提供一种钙钛矿电池的内阻测试器件，包括依次设置的导电玻璃、中间层、电极层；所述导电玻璃层上设有m条第一刻线；所述中间层上设有第二刻线；所述电极层上设有第三刻线；其中，m为正整数；所述第二刻线的数量为n；n为偶数，且n＝m或者n＝m+1；所述第二刻线分别位于相应的所述第一刻线的一侧或两侧；所述第三刻线与所述第二刻线的数量相等，分别位于相应的所述第二刻线的一侧。
[0088]
作为本实施例的可选实现方式，所述导电玻璃为fto导电玻璃、ito导电玻璃中的一种；所述电极层为碳电极、金属电极中的一种或多种。所述金属电极包括银电极。
[0089]
需要说明的是，为更好地模拟完整的钙钛矿电池，可以根据待测的钙钛矿电池的情况在导电玻璃上制备所述中间层。所述中间层至少包括绝缘层，还可以包括电子传输层、纳米晶层中的一种或多种。即，所述中间层可以为单层结构，由绝缘材料制成，也可以是多层结构，本领域技术人员可以根据待测的钙钛矿电池的结构，设置所述中间层的多层结构。
[0090]
作为本实施例的可选实现方式，所述中间层为绝缘层，所述绝缘层为二氧化锆、氧化铝中的一种或多种。
[0091]
作为本实施例的另一可选实现方式，所述中间层为所述绝缘层与电子传输层，所述电子传输层位于所述导电玻璃与所述绝缘层之间。所述电子传输层为二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的一种或多种。所述绝缘层、所述电极层、所述电子传输层为介孔结构。
[0092]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。