钙钛矿太阳能电池及其制备方法、电池组件与流程

本申请涉及钙钛矿电池，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用、电池组件。

背景技术：

1、全球能源消耗的快速增长推动了可再生能源行业特别是太阳能光伏行业的发展，以探索更好的技术来维持电力供应。目前，常用的太阳能电池主要包括：第一代、第二代和第三代太阳能电池。其中，第一代太阳能电池是基于目前广泛使用的光伏硅片，具有高的功率转换效率pce(约15％～20％)和稳定性；第二代太阳能电池是采用非晶硅或半导体材料，如铜、铟、镓的硒化物(cigs)和碲化镉(cdte)，其功率转换效率为10％～15％；第三代太阳能电池也被称为薄膜太阳能电池，利用小分子或聚合物等有机材料作为光收集器，减少了材料消耗，从而将生产成本降至最低。

2、钙钛矿太阳能电池(psc)的出现将太阳能电池行业带入了一个新的发展时代。大量研究表明，钙钛矿太阳能电池可以以低生产成本将pce提高到20.0％以上。目前的高性能的钙钛矿太阳能电池都是基于传统的结构来制备的。传统结构分为平面结构和介孔结构两种，其中介孔结构中介孔的作用是提取并传输电子以及提供更大接触面积来促进钙钛矿的形成，所以介孔材料的性能与钙钛矿太阳能电池的性能有着密不可分的关系。

3、目前在钙钛矿太阳能电池中常用的介孔层如al2o3介孔层通常是通过溶胶凝胶法或旋涂和退火相结合的方式制备的，由此得到的介孔层存在形貌分布不均匀的问题，在将其与钙钛矿光吸收层接触时，容易导致钙钛矿太阳能电池的稳定性较差。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用、电池组件。该制备方法能够有效提升介孔层的分布均匀性，从而提高钙钛矿太阳能电池的性能稳定性。

2、第一方面，本申请提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池包括：致密层和介孔层；所述制备方法包括：

3、采用静电纺丝法制备al2o3介孔纤维；

4、将所述al2o3介孔纤维分散于第一溶剂中，制备所述al2o3介孔纤维的分散液；以及

5、将所述al2o3介孔纤维的分散液施加于致密层上，制备所述介孔层。

6、在一些实施方式中，所述al2o3介孔纤维的介孔孔径为3nm～12nm。

7、在一些实施方式中，所述采用静电纺丝法制备al2o3介孔纤维的步骤包括：

8、制备溶胶纺丝液；以及

9、将所述溶胶纺丝液进行静电纺丝，煅烧，制备所述al2o3介孔纤维；

10、所述静电纺丝的条件包括：电压为10kv～30kv，接收距离为20cm～30cm，进料速度为2ml/h～3ml/h；

11、可选地，所述煅烧的温度为450℃～1100℃。

12、在一些实施方式中，所述制备溶胶纺丝液的方法包括：将铝源、模板剂和第二溶剂混合，形成所述溶胶纺丝液；

13、所述铝源包括九水硝酸铝、六水氯化铝及异丙醇铝中的一种或多种，所述模板剂为eo20po70eo20三嵌段共聚物，所述第二溶剂包括聚环氧乙烷及聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

14、在一些实施方式中，所述将所述al2o3介孔纤维的分散液施加于致密层上的方法包括：

15、将所述al2o3介孔纤维的分散液涂覆于所述致密层表面，退火；

16、可选地，所述退火的温度为100℃～150℃，时间为10min～40min；

17、可选地，所述介孔层的厚度为50nm～100nm；

18、可选地，所述致密层的材料包括sno2、tio2或pcbm；

19、可选地，所述致密层的厚度为10nm～50nm。

20、在一些实施方式中，还包括在所述致密层上形成所述介孔层之前，将所述致密层形成于第一电极层上的步骤；

21、还包括在所述介孔层背离所述致密层的一侧依次形成钙钛矿光吸收层、空穴传输层和第二电极层的步骤；

22、形成所述钙钛矿光吸收层的步骤包括：将包括钙钛矿和阳离子添加剂的分散液涂覆于所述介孔层背离所述致密层的一侧，退火；

23、形成所述空穴传输层的步骤包括：将包括导电聚合物的分散液涂覆于所述钙钛矿光吸收层背离所述介孔层的一侧，并对所述分散液进行氧化；

24、可选地，所述钙钛矿包括mapbi3、fapbi3、famapbi、facspbi及famacspbi中的一种或多种；

25、可选地，所述阳离子添加剂包括咪唑阳离子添加剂和/或哌啶阳离子添加剂；

26、可选地，所述形成所述钙钛矿光吸收层的步骤中所述退火的温度为100℃～150℃，时间为10min～40min；

27、可选地，所述导电聚合物包括四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。

28、第二方面，本申请还提供一种钙钛矿太阳能电池，包括致密层和介孔层，所述介孔层为al2o3介孔纤维层；

29、其中，所述al2o3介孔纤维层中的al2o3介孔纤维由静电纺丝法制得。

30、在一些实施方式中，所述钙钛矿太阳能电池还包括第一电极层、第二电极层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层；所述第一电极层设置于所述致密层背离所述介孔层的一侧，所述钙钛矿光吸收层、所述空穴传输层和所述第二电极层依次设置于所述介孔层背离所述致密层的一侧。

31、在一些实施方式中，所述钙钛矿太阳能电池满足条件(1)～(5)中的至少一条：

32、(1)所述第一电极层包括导电玻璃或导电聚合物基底；

33、(2)所述第二电极层的材料包括金或银；

34、(3)所述第一电极层和所述第二电极层的厚度分别独立地为60nm～80nm；

35、(4)所述钙钛矿光吸收层的厚度为500nm～800nm；

36、(5)所述空穴传输层的厚度为10nm～50nm。

37、第三方面，本申请进一步提供一种电池组件，包括如第二方面所述的钙钛矿太阳能电池。

38、本申请提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用静电纺丝技术制备al2o3介孔纤维，可以确保制得的al2o3介孔纤维的形貌和分布比较均匀，能够很好的起到支撑作用，避免钙钛矿光吸收层与致密层发生接触；同时，分布均匀的al2o3介孔纤维可以增大介孔层与钙钛矿的接触面积，从而有利于钙钛矿光吸收层的形成，能够形成连续均匀的钙钛矿光吸收层。而且绝缘性的al2o3介孔纤维可以阻挡空穴的传输。

39、此外，采用本申请提供的制备方法制得的钙钛矿太阳能电池具有优异的耐腐蚀性，低的导热率，使得钙钛矿太阳能电池的稳定性较好。而且该制备方法还具有制备工艺简单、成本低的优势。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池包括：致密层和介孔层；所述制备方法包括：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述al2o3介孔纤维的介孔孔径为3nm～12nm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用静电纺丝法制备al2o3介孔纤维的步骤包括：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备溶胶纺丝液的方法包括：将铝源、模板剂和第二溶剂混合，形成所述溶胶纺丝液；

5.如权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述将所述al2o3介孔纤维的分散液施加于致密层上的方法包括：

6.如权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述致密层上形成所述介孔层之前，将所述致密层形成于第一电极层上的步骤；

7.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括致密层和介孔层，所述介孔层为al2o3介孔纤维层；

8.如权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括第一电极层、第二电极层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层；所述第一电极层设置于所述致密层背离所述介孔层的一侧，所述钙钛矿光吸收层、所述空穴传输层和所述第二电极层依次设置于所述介孔层背离所述致密层的一侧。

9.如权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，满足条件(1)～(5)中的至少一条：

10.一种电池组件，其特征在于，包括如权利要求7～9任一项所述的钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本申请涉及钙钛矿电池技术领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、电池组件。钙钛矿太阳能电池的制备方法，太阳能电池包括：致密层和介孔层；制备方法包括：采用静电纺丝法制备Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;介孔纤维；将Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;介孔纤维分散于第一溶剂中，制备Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;介孔纤维的分散液；将Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;介孔纤维的分散液施加于致密层上，制备介孔层。本申请提供的制备方法制得的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;介孔纤维形貌分布均匀，且能够提升钙钛矿太阳能电池稳定性。

技术研发人员：高纪凡,段晨晖,陈谦,朱俊,张学玲,冯志强
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16