一种钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件与流程

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件。

背景技术：

1、钙钛矿层是钙钛矿太阳电池的重要组成部分，目前，工业化的钙钛矿太阳电池上生产的钙钛矿层主要采用蒸镀沉积-溶液法制备，即先在具有金字塔的基底上蒸镀卤化铅骨架层，而后在卤化铅骨架层上涂布阳离子溶液，通过阳离子溶液扩散至卤化铅骨架层进行反应以形成钙钛矿。

2、然而，蒸镀沉积的卤化铅骨架层的致密较高，随着卤化铅骨架层的厚度越高，阳离子溶液难以扩散至金字塔基底的谷底，导致谷底的碘化铅反应不完全，容易出现较多碘化铅剩余，这种低导电性的碘化铅从而导致界面电荷传输受阻，器件效率低下。

技术实现思路

1、为了解决钙钛矿层中出现碘化铅剩余的问题，本发明公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法、光伏组件。

2、第一方面，本发明实施例提供一种钙钛矿太阳电池。

3、所述钙钛矿太阳电池包括：

4、基底，所述基底的表面为绒面结构，所述绒面结构具有谷尖和谷底；

5、钙钛矿层，设于所述基底上，所述钙钛矿层包括填充于所述谷底的第一钙钛矿子层、覆盖所述第一钙钛矿子层和所述谷尖的第二钙钛矿子层；

6、其中，所述第一钙钛矿子层通过一步溶液法在所述谷底中涂布钙钛矿材料得到，所述第二钙钛矿子层通过卤化铅骨架层和阳离子溶液反应得到。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述绒面结构为金字塔结构，填充于所述谷底中的所述第一钙钛矿子层具有倒置的金字塔形状，所述第二钙钛矿子层包括交替连接的尖峰部和平整部，所述尖峰部对应位于所述谷尖的上方，且所述尖峰部与所述谷尖的形状匹配，所述平整部对应位于所述第一钙钛矿子层的上方。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一钙钛矿子层的厚度为100nm～1000nm，所述第二钙钛矿子层的厚度为400nm～1000nm。

9、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述卤化铅骨架层交替连接的尖骨架部和平骨架部，所述尖骨架部对应位于所述谷尖的上方，且所述尖骨架部与所述谷尖的形状匹配，所述平骨架部对应位于所述第一钙钛矿子层的上方；和/或，所述卤化铅骨架层的厚度为350nm～800nm。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一钙钛矿子层为csxfayma1-x-ypbzsn1-z(iwbr1-w)3，其中所述x＝0～1，所述y＝0～1，所述z＝0～1，w＝0～1。

11、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池呈n-i-p或p-i-n结构，当所述钙钛矿太阳电池呈n-i-p结构时，所述第一钙钛矿子层的带隙为1.72ev～2.3ev，当所述钙钛矿太阳电池呈p-i-n结构时，所述第一钙钛矿子层的带隙为1.2ev～1.63ev。第一钙钛矿子层的带隙为1.72ev～2.3ev，当钙钛矿太阳电池呈p-i-n结构时，第一钙钛矿子层的带隙为1.2ev～1.63ev。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为钙钛矿硅叠层太阳电池，所述基底包括制绒硅底电池及依次堆叠于所述制绒硅底电池上的复合层、第一传输层，所述钙钛矿层堆叠于所述第一传输层表面，所述钙钛矿太阳电池还包括：

13、堆叠于钙钛矿层背离制绒硅底电池一侧的第二传输层；

14、堆叠于所述第二传输层背离制绒硅底电池一侧的透明电极层；

15、所述第一传输层和所述第二传输层的其中一层为电子传输层，另一层为空穴传输层；

16、还包括正电极和负电极，所述正电极与所述透明电极层形成欧姆接触，所述负电极与所述制绒硅底电池形成欧姆接触。

17、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述制绒硅底电池包括发射极钝化和背面接触电池、隧穿氧化层钝化接触电池、异质结电池、异质结背接触晶硅电池和隧穿氧化层钝化背接触电池中的一种或者多种；和/或，

18、所述复合层的材料包括氧化铟锡和氧化铟锌中一种或者两种；所述空穴传输层的材料包括氧化镍、氧化亚铜、spiro-ttb和硫氰酸亚铜中的一种或者多种；和/或，

19、所述电子传输层的材料包括c60；和/或，

20、所述透明电极层的材料包括氧化铟锡和氧化铟锌中一种或者两种。

21、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述复合层的厚度为20nm～30nm；和/或，

22、所述空穴传输层的厚度为20nm～30nm；和/或，

23、所述电子传输层的厚度为15nm～30nm；和/或，

24、所述透明电极层的厚度为80nm～120nm。

25、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池还包括：

26、空穴修饰层，所述空穴修饰层位于所述空穴传输层和所述钙钛矿层之间；和/或，

27、钝化层，所述钝化层位于所述钙钛矿层和所述电子传输层之间；和/或，

28、缓冲层，所述缓冲层位于所述电子传输层和所述透明电极层之间；和/或，

29、减反层，所述减反层位于所述透明电极层背离制备制绒硅底电池一侧。

30、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述空穴修饰层的材料包括2pacz、4pacz、meo-2pacz和meo-4pacz中的一种或者多种；和/或，

31、所述钝化层的材料包括氟化锂；和/或，

32、所述缓冲层的材料为二氧化锡；和/或，

33、所述减反层的材料包括氟化镁和氟化锂中的一种或者两种。

34、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述空穴修饰层为单分子层；和/或，

35、所述钝化层的厚度为1nm～5nm；和/或，

36、所述缓冲层的厚度为20nm～30nm；和/或，

37、所述减反层的厚度为100nm～120nm。

38、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为单结钙钛矿太阳电池，所述基底包括绒面透明电极层和堆叠于所述绒面透明电极层上的第一传输层，所述钙钛矿层堆叠于所述第一传输层表面，所述钙钛矿太阳电池还包括：

39、堆叠于钙钛矿层背离所述绒面透明电极层一侧的第二传输层，所述第一传输层和所述第二传输层的其中一层为电子传输层，另一层为空穴传输层；

40、还包括正电极和负电极，所述正电极与所述第二传输层形成欧姆接触，所述负电极与所述绒面透明电极层形成欧姆接触。

41、第二方面，本发明实施例提供一种钙钛矿太阳电池的制备方法。

42、所述钙钛矿太阳电池的制备方法包括以下步骤：

43、提供基底：所述基底的表面为绒面结构，所述绒面结构具有谷尖和谷底；

44、制备第一钙钛矿子层：通过一步溶液法将钙钛矿材料涂布在所述基底上，退火处理得到第一钙钛矿子层，使所述第一钙钛矿子层填充所述谷底；

45、制备第二钙钛矿子层：在所述第一钙钛矿子层上制备用于保型的卤化铅骨架层，使所述卤化铅骨架层覆盖所述第一钙钛矿子层和所述谷尖，所述卤化铅骨架层上涂布阳离子溶液，退火处理得到所述钙钛矿层。

46、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一钙钛矿子层的涂布方法包括旋涂、刮涂、喷涂或者狭缝涂布中的任意一种；和/或，

47、制备所述第一钙钛矿子层步骤中，所述退火处理为直接退火或者反溶剂工程结合热退火处理，所述直接退火中，退火温度为80℃～150℃，退火时间为10min～30min，所述反溶剂工程结合热退火处理中，反溶剂包括乙醚、甲苯、乙酸乙酯、氯苯和氯仿中的一种或者多种，热退火温度为100℃～150℃，热退火时间为10min～30min；和/或，

48、所述卤化铅骨架层采用双源共蒸工艺蒸镀碘化铅和溴化铯制得，所述碘化铅和所述溴化铯的蒸镀速率之比为5：1～10：1；和/或，

49、涂布所述阳离子溶液的方法包括旋涂和狭缝涂布；

50、制备第二钙钛矿子层步骤退火处理在湿度为5％rh～40％rh，100℃

51、～170℃退火15min～30min。

52、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述阳离子溶液的溶质包括碘甲脒、溴甲脒、氯甲脒、碘甲胺、溴甲胺和氯甲胺中一种或多种；和/或，

53、所述阳离子溶液的溶剂包括无水乙醇和异丙醇。

54、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述阳离子溶液中，所述碘甲脒的浓度为0.3mol/l～0.6mol/l，所述溴甲胺的浓度为0.1mol/l～0.2mol/l，所述氯甲胺的浓度为0.05mol/l～0.15mol/l，所述溴甲脒的浓度为0mol/l～0.6mol/l，所述氯甲脒的浓度为0mol/l～0.2mol/l，所述碘甲胺的浓度为0mol/l～0.2mol/l。

55、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为钙钛矿硅叠层太阳电池，所述钙钛矿太阳电池的制备方法还包括以下步骤：

56、制备所述基底：提供制绒硅底电池，在所述制绒硅底电池上制备复合层，在所述复合层上制备第一传输层；

57、制备钙钛矿层：在所述基底上制备所述钙钛矿层，使所述钙钛矿层堆叠于所述第一传输层表面；

58、制备第二传输层：在所述钙钛矿层上制备第二传输层，所述第一传输层和所述第二传输层的其中一层为电子传输层，另一层为空穴传输层；

59、制备透明电极层：在所述第二传输层上制备所述透明电极层；

60、制备正电极和负电极，得到所述钙钛矿太阳电池。

61、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述复合层采用磁控溅射法制得；所述空穴传输层采用物理气相沉积或蒸镀法制得，所述电子传输层采用蒸镀法制得，所述透明电极层采用磁控溅射法制得，所述正电极采用蒸镀法制得，所述负电极采用蒸镀法制得。

62、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述空穴传输层与所述钙钛矿层制备有所述空穴修饰层，所述空穴修饰层采用溶液法制得；和/或，所述钙钛矿层和所述电子传输层之间还制备有钝化层，所述钝化层采用蒸镀法制得；和/或，所述电子传输层和透明电极层之间还制备有缓冲层，所述缓冲层采用原子沉积法制得；和/或，所述透明电极层远离所述制绒硅底电池一侧制备有减反层，所述减反层采用蒸镀法制得。

63、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为单结钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池的制备方法还包括以下步骤：

64、制备所述基底：提供绒面透明电极层，在所述绒面透明电极层上制备第一传输层；

65、制备所述钙钛矿层：在所述基底上制备所述钙钛矿层，所述钙钛矿层堆叠于所述第一传输层表面；

66、制备第二传输层：在所述钙钛矿层上制备第二传输层，所述第一传输层和所述第二传输层的其中一层为电子传输层，另一层为空穴传输层；

67、制备正电极和负电极，得到所述钙钛矿太阳电池。

68、第三方面，本发明实施例提供一种光伏组件，该光伏组件包括第一方面所述的钙钛矿太阳电池或第二方面所述的制备方法制得的钙钛矿太阳电池。

69、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

70、本发明实施例提供的第一钙钛矿子层通过一步溶液法制备，第一钙钛矿子层填充在基底的谷底，未覆盖基底的谷尖。在制备第二钙钛矿矿子层中，卤化铅骨架层沿第一钙钛矿子层和谷尖表面生长并与阳离子溶液反应形成第二钙钛矿子层，由于一步溶液法制备的第一钙钛矿子层填充卤化铅骨架层结构下方，这不但使位于谷底的钙钛矿材料不易出现碘化铅残留，而且使阳离子溶液在卤化铅骨架层的扩散距离相对缩短，阳离子溶液更易到达卤化铅骨架层的底部并与该底部的碘化铅充分接触反应，从而有效降低卤化铅骨架层与阳离子溶液的反应难度，突破在金字塔绒面基底上制备钙钛矿层时，阳离子溶液难以进入卤化铅骨架层底部与底部的碘化铅充分接触反应的局限，对于制备厚度较高的钙钛矿层十分有利。

71、再者，位于谷底的第一钙钛矿子层还能作为第二钙钛矿子层的生长基底，诱导第二钙钛矿子层中碘化铅和阳离子溶液反应生成的钙钛矿晶粒取向生长，形成大晶粒、低碘化铅残留的高质量钙钛矿层。