螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池，特别涉及一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，属于太阳能电池技术领域。


背景技术：

2.近些年来，随着研究的不断深入，钙钛矿电池取得突飞猛进的发展，效率由最初的3.8％增长到25.5％，被誉为“光伏领域的新希望”。
3.常见钙钛矿电池结构分为介观结构、介观超结构、平面n-i-p型及平面p-i-n型结构，不管何种结构，其光电转换效率受限于s-q极限不会超过33％。为了充分利用太阳光谱可以采取的方式是利用不同带隙的吸收层对太阳光谱进行全光谱吸收。只要对吸收层的带隙进行适当的调配，双层叠层太阳能电池的极限效率就可以达到48％。
4.目前钙钛矿组件基本以硬性玻璃衬底为主，这样的刚性衬底具有体积大，质量大的问题。同时由于钙钛矿薄膜的易制备性，可以较简单和轻松的在柔性衬底上制备钙钛矿薄膜。柔性太阳能电池在应用领域相比较刚性衬底太阳能电池更为广泛。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，以克服现有技术中的不足。
6.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
7.本实用新型实施例提供了一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，包括：
8.柔性太阳能电池组件，所述柔性太阳能电池组件包括透光的柔性衬底以及形成在所述柔性衬底表面多个选定区域的多个钙钛矿太阳能电池，至少两个所述钙钛矿太阳能电池所包含的钙钛矿层的带隙不同，并且，所述柔性太阳能电池组件具有沿指定方向被折叠或卷绕而形成螺旋形结构，且该螺旋形结构中的任意相邻的两个结构层之间具有间隙。
9.与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
10.1)本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，多个多带隙钙钛矿薄膜可以同时制作形成，减少了叠层电池的制备工艺，降低了生产成本；
11.2)本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，组件整体体积更小，可在相同空间内设置更多的组件，提高了发电效率；
12.3)本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，所含多个钙钛矿电池相互并联，可在保持钙钛矿组件高电压的特性下增加高电流，提高发电功率。
附图说明
13.图1是本实用新型一典型实施案例中提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构的结构示意图；
14.图2是本实用新型一典型实施案例中提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结
构的侧面结构示意图；
15.图3是本实用新型一典型实施案例中提供的一种柔性太阳能电池组件的结构示意图；
16.图4是本实用新型一典型实施案例中提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构的展开状态下的结构示意图。
具体实施方式
17.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
18.本实用新型实施例提供了一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，采用透光的柔性衬底，并在透光的柔性衬底表面的不同区域形成多个具有不同带隙的钙钛矿薄膜的单结钙钛矿太阳能电池组件，随后利用柔性衬底以及钙钛矿薄膜的半透明性，将整个薄膜组件沿指定方向折叠或卷曲(卷绕)而形成立体螺旋结构的叠层钙钛矿太阳能电池。同时，可以通过控制每个区域内的钙钛矿太阳能电池组件的数量来控制单个区域内太阳能电池组件的开路电压，方便于将各个钙钛矿太阳能电池组件进行并联连接，进而获得高压、高电流的钙钛矿太阳能电池。
19.本实用新型实施例提供了一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，包括：
20.柔性太阳能电池组件，所述柔性太阳能电池组件包括透光的柔性衬底以及形成在所述柔性衬底表面多个选定区域的多个钙钛矿太阳能电池，至少两个所述钙钛矿太阳能电池所包含的钙钛矿层的带隙不同，并且，所述柔性太阳能电池组件具有沿指定方向被折叠或卷绕而形成螺旋形结构，且该螺旋形结构中的任意相邻的两个结构层之间具有间隙。
21.在一较为具体的实施方案中，多个所述钙钛矿太阳能电池沿所述柔性太阳能电池组件被折叠或卷绕的方向依次排列设置。
22.在一较为具体的实施方案中，多个所述钙钛矿太阳能电池所包含的多个钙钛矿层的带隙均不相同。
23.在一较为具体的实施方案中，多个所述钙钛矿太阳能电池所包含的多个钙钛矿层的带隙沿所述柔性太阳能电池组件被折叠或卷绕的方向依次均匀递减。
24.在一较为具体的实施方案中，所述钙钛矿太阳能电池所包含的钙钛矿层的带隙为1.1-1.7ev。
25.在一较为具体的实施方案中，多个所述钙钛矿太阳能电池除所述钙钛矿层之外的其余结构层均是一体形成的。
26.在一较为具体的实施方案中，所述钙钛矿太阳能电池包括依次叠层设置的第一电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和第二电极层，其中，所述第一电极层或第二电极层形成在所述柔性衬底的表面。
27.在一较为具体的实施方案中，每一所述钙钛矿太阳能电池还与一组引出电极电连接，一组所述引出电极分别与所述第一电极层、第二电极层电连接。
28.在一较为具体的实施方案中，所述柔性太阳能电池组件整体呈圆柱形结构。
29.在一较为具体的实施方案中，所述的螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构还包括透光的封装结构，所述柔性太阳能电池组件整体被封装在透光的封装结构内。
30.如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，本实用新型实施例主要用于解释和说明本实用新型实施例中提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构的结构；除非特别说明的之外，本实用新型实施例中所采用的柔性衬底以及形成钙钛矿太阳能电池的各个功能结构层的材质等均可以采用本领域技术人员已知的，其中各功能层的厚度以及其他参数等均可以根据具体需求进行调整，在此不做具体的限定和说明。
31.请参阅图1和图2，一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，包括柔性太阳能电池组件200，所述柔性太阳能电池组件200包括透光的柔性衬底240以及形成在所述柔性衬底240表面多个选定区域的多个钙钛矿太阳能电池210/220/230，至少两个所述钙钛矿太阳能电池所包含的钙钛矿层(即钙钛矿薄膜，下同)的带隙不同，并且，所述柔性太阳能电池组件200具有沿指定方向被折叠或卷绕而形成的立体螺旋形结构，且该螺旋形结构中的任意相邻的两个结构层之间具有间隙。
32.在本实施例中，请参阅图3和图4，多个所述钙钛矿太阳能电池210/220/230沿所述柔性太阳能电池组件200被折叠或卷绕的方向依次排列设置，例如，所述柔性太阳能电池组件200可以是沿自身的长度方向进行折叠或卷绕的，可以理解的，所述柔性太阳能电池组件200所具有的立体螺旋形结构可以是均匀的螺旋形结构，也可以是不均匀的；当然，每一螺旋的形状可以是整体成弧形，尤其是圆弧形的，当然也可以是方形的。
33.需要说明的是，当采用卷绕的方式形成所述的螺旋形结构时，所述柔性太阳能电池组件200整体即呈圆柱形结构；而当采用折叠的方式形成所述的螺旋形结构时，所述柔性太阳能电池组件200整体即呈棱柱形结构；本实用新型实施例优选形成圆形的螺旋形结构的柔性太阳能电池组件200。
34.在本实施例中，多个所述钙钛矿太阳能电池210/220/230所包含的多个钙钛矿层的带隙均不相同，优选为，该多个所述钙钛矿太阳能电池210/220/230所包含的多个钙钛矿层的带隙沿所述柔性太阳能电池组件200被折叠或卷绕的方向依次均匀递减。
35.在本实施例中，所述钙钛矿太阳能电池210/220/230所包含的钙钛矿层的带隙为1.1-1.7ev，例如，若在透光的柔性衬底240表面形成有两个钙钛矿太阳能电池时，其中一个钙钛矿太阳能电池所含钙钛矿层的带隙为1.7ev，另一钙钛矿太阳能电池所含钙钛矿层的带隙为1.1ev；若在透光的柔性衬底240表面形成有三个钙钛矿太阳能电池时，该三个钙钛矿太阳能电池所含钙钛矿层的带隙分别为1.7ev、1.4ev、1.1ev；若在透光的柔性衬底240表面形成有更多个钙钛矿太阳能电池时，多个钙钛矿太阳能电池所含多个钙钛矿层的带隙根据光谱能量大小依次递减，该递减的变化趋势可以是沿柔性太阳能电池组件200被折叠或卷绕的方向递减。
36.在本实施例中，多个所述钙钛矿太阳能电池210/220/230除所述钙钛矿层之外的其余结构层均是一体形成的，当然，该多个钙钛矿太阳能电池210/220/230也可以均是独立设置的，该多个钙钛矿太阳能电池210/220/230可以以串并联的方式连接。
37.在本实施例中，本实用新型实施例中的所述钙钛矿太阳能电池210/220/230的结构可以是介观结构、介观超结构、平面n-i-p型及平面p-i-n型结构中的任意一种，不受任何限制，其中的钙钛矿层的钙钛矿成分可以是ma
x
faycs
1-x-y
pbzsn
1-z
(iabrbcl
1-a-b
)3，mapbi3，fa
x
csyma
1-x-y
pb(iabrbcl
1-a-b
)3等。
38.在本实施例中，所述钙钛矿太阳能电池210/220/230包括依次叠层设置的第一电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和第二电极层，其中，所述第一电极层或第二电极层形成在所述柔性衬底240的表面。
39.在本实施例中，所述钙钛矿太阳能电池210/220/230可以为正向结构或者反置结构的器件；例如，正向结构的钙钛矿太阳能电池包括依次形成的导电基底/电子传输层//钙钛矿层//空穴传输层/金属电极，其中，所述导电基底可以为fto导电玻璃、ito导电玻璃、fto导电塑料、ito导电塑料中的任意一种，所述fto导电玻璃的厚度约为500nm，ito导电塑料的厚度约为300-400nm；所述电子传输层的材质为tio2、zno2、sno2中的任意一种，所述电子传输层的厚度约为10-50nm；所述钙钛矿层的材质包括mapbi3、fa
x
csyma
1-x-y
pb(iabrbcl
1-a-b
)3，ma的结构式为ch3nh
3+
，fa的结构式为ch4n2
+
，所述钙钛矿层的厚度为300-1000nm；所述空穴传输层的材质为spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)、pedot:pss、p3ht、ptaa和pcdtbt中的任意一种，所述空穴传输层的厚度为300-600nm；金属电极为ag、al和au中的任意一种，所述空穴传输层的厚度约为100-200nm。
[0040]
反向结构的钙钛矿太阳能电池结构包括依次形成的导电基底/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/金属电极，其中，所述导电基底可以为fto导电玻璃、ito导电玻璃、fto导电塑料、ito导电塑料中的一种，所述fto导电玻璃的厚度约为500nm，ito导电塑料的厚度约为300-400nm，所述空穴传输层的材质为niox，所述空穴传输层的厚度约为15-40nm；所述钙钛矿层的材质为mapbi3，ma的结构式为ch3nh
3+
，所述钙钛矿层的厚度为300-1000nm，所述电子传输层的材质为pcbm、tio
x
、sno2和znsno
x
中的任意一种，所述电子传输层的厚度约为20-50nm，所述金属电极的材质为ag、al和au中的任意一种，所述金属电极的厚度约为100-200nm。
[0041]
需要说明的是，在具体的制备过程中，所述钙钛矿太阳能电池各层制备方法可以采用本领域技术人员已知的方式，例如，可以采用物理气相沉积法、蒸镀或溅射方法制备导电基底采用旋涂、喷涂或刮涂等方法中的任意一种方法形成电子传输层和空穴传输层，采用纵向涂布方法同时在衬底表面多个选定区域进行钙钛矿层的制备，采用真空蒸镀或真空溅射方法制备形成所述金属电极。
[0042]
在本实施例中，每一所述钙钛矿太阳能电池210/220/230还与一组引出电极300电连接，每一组所述引出电极包含两个引出电极，同一引出电极所包含的两个引出电极分别与一钙钛矿太阳能电池210/220/230的第一电极层、第二电极层电连接，可以理解的，每一组引出电极所包含的两个引出电极中的一者作为正极，另一者作为负极，作为正极的多个引出电极还电性连接而形成柔性太阳能电池组件的正极，作为负极的多个引出电极还电性连接而形成柔性太阳能电池组件的负极。
[0043]
在本实施例中，所述的螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构还包括透光的封装结构400，所述柔性太阳能电池组件200整体被封装在透光的封装结构400内，所述的封装结构的结构与所述柔性太阳能电池组件200相适配，所述的封装结构可以采用本领域技术人员已知的材料和制作工艺形成，在此不做具体的限定。
[0044]
本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，通过在同一个柔性衬底表面的不同区域形成具有不同带隙的钙钛矿薄膜组件，可通过控制不同区域内钙
钛矿电池的数量来控制整体区域的输出电压，从而使各个区域之间的电压匹配；
[0045]
本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，整体体积更小，且更便于使用和安装，以及，本实用新型实施例提供的一种螺旋型叠层钙钛矿太阳能电池结构，结构简单，制作工艺简单，降低了生产成本。
[0046]
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。