基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构及其封装方法和应用与流程

本发明属于太阳能电池封装，涉及钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构及其封装方法和应用。

背景技术：

1、当前钙钛矿太阳能电池模组的基本结构是以透明的导电玻璃(通常为ito或fto)为基底，依次制备空穴传输层(htl)、钙钛矿层、电子传输层(etl)、电极。在制备完成钙钛矿太阳能电池模组后，由于模组器件对氧气和水比较敏感，长时间暴露在空气中器件会很快退化甚至无法工作，所以需要对模组器件进行封装，使其能够隔离水氧，从而延长其工作寿命。

2、现有封装工艺使用滴封装胶并通过盖板覆盖，同时将胶水固化。一方面，由于封装胶与器件基底或盖板接触面积大，水分与氧气会通过封装胶与上下基板的接触空隙渗入器件活性层，进而影响器件性能和封装效果。另一方面，封装胶的封装方法对胶水质量、胶水滴加与固化工艺要求较高，胶水中残存的气泡或胶水覆盖的不连续都会导致封装效果不理想。此外，使用玻璃盖板的封装结构会使钙钛矿太阳能电池器件的整体厚度增加很多，使其不利于小型装置和柔性器件的应用。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构及其封装方法和应用，旨在最大程度地防止空气中的水氧进入器件内部对钙钛矿层产生不利的影响，进而提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，延长其使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构，包括位于钙钛矿太阳能电池模组之上的一体化复合层，所述一体化复合层具有至少一层金属电极层和至少一层封装层交替层叠的结构。

4、具体地，所述钙钛矿太阳能电池模组自下而上依次为：导电基底、空穴传输层(htl)、钙钛矿层、电子传输层(etl)、金属电极层和封装层形成的一体化复合层；或者，所述钙钛矿太阳能电池模组自下而上依次为：导电基底、电子传输层(etl)、钙钛矿层、空穴传输层(htl)、金属电极层和封装层形成的一体化复合层。其中，所述封装层为透明金属氧化物层，所述一体化复合层包括第一金属电极层、第一透明导电氧化物层......并可依次叠加至第n金属电极层和第n透明导电氧化物层，其中n为2～10范围内的整数。

5、具体地，所述金属电极层的材料为银(ag)、铜(cu)、金(au)铝(al)的一种或多种的混合物，且金属电极层的厚度为50nm～200nm。

6、具体地，所述透明导电氧化物层的材料为氧化铟锡(ito)、氧化氟锡(fto)、氧化铟加氧化钛(itio)、加钼氧化铟(imo)、氧化锌镓铟(igzo)、氧化锌铝(azo)、氧化锌镓(gzo)、氧化锌铟(izo)的一种或多种的混合物；选用上述任一材料制备的透明导电氧化物层，其形貌致密，具有隔绝水氧进入器件结构内部，保护电池器件功能层的作用；同时，所选透明导电氧化物层的材料均具有良好的导电性，可保证电极传输电子的能力不受影响。优选地，所述透明导电氧化物层的厚度为20nm～100nm。

7、需要说明的是，所述金属电极层的厚度可以根据实际的封装需求进行适应性制备50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm等，不再一一列举；所述透明导电氧化物层的厚度可以根据实际的封装需求进行适应性制备20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm等，不再一一列举。

8、进一步，所述金属电极层采用蒸镀方式制备得到，其形貌致密，可起到连接电子传输层并传输电子的作用，将金属电极层设置在透明导电氧化物层之间、其传输电子的作用更加优异；此外，采用溅射工艺制备透明导电氧化物层，由于原子在沉积时带有较高的能量，会对底层的钙钛矿电池功能层造成损伤，金属电极层的存在能够对钙钛矿电池结构起到缓冲保护的作用。

9、本发明对钙钛矿太阳能电池模组的导电基底没有特别的限制，可以使用本领域公知的任何导电基底，只要能实现本发明的目的即可。例如，导电基底可以包括柔性导电基底或导电玻璃基底，其中，柔性导电基底可以为掺氟氧化锡(fto)柔性导电基底或者掺铟氧化锡(ito)柔性导电基底；其柔性导电基底可以为pen、pet、pi；导电玻璃基底可以为刚性透明基底，如可以为fto导电玻璃基底或ito导电玻璃基底。

10、本发明对钙钛矿太阳能电池模组的电子传输层的材料没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如可以选自二氧化钛(tio2)电子传输层、二氧化锡(sno2)电子传输层，富勒烯类(c60)电子传输层、或者氧化锌(zno)电子传输层等；并且，本发明对电子传输层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用真空蒸镀法、溶液旋涂法、溶液刮涂法、溶液喷涂法、狭缝涂布法或水热生长法等，在本发明的一些实施方案中，电子传输层的制备方法为狭缝涂布法。

11、本发明对钙钛矿层没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如钙钛矿层中包括具有abo3型结构的钙钛矿材料，钙钛矿材料选自ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3、ch3nh3pbi2cl、ch3nh3pb(i1-xbrx)3中的任一种，其中，0≤x≤1。本发明对钙钛矿吸收层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、狭缝涂布法或蒸汽法等，在本发明的一些实施方案中，钙钛矿吸收层的制备方法为狭缝涂布法。

12、本发明对空穴传输层没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如可以为氧化镍、掺杂氧化镍、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、pedot:pss或者spiro-ometad制备的层状结构中的任一种；并且，本发明对空穴传输层的厚度没有特别限制，只要能达到本发明的目的即可，例如可以为10nm～100nm；而且本发明对空穴传输层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、狭缝涂布法或气相法等，在本技术的一些实施方案中，空穴传输层的制备方法为狭缝涂布法。

13、另一方面，本发明还提供了一种如上部分或全部所述基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构的封装方法，具体包括：

14、步骤1、在钙钛矿太阳能电池模组中电子传输层的上方蒸镀金属电极层，将腔室内气压抽至5×10-4pa以下并施加蒸镀电流至100a～140a，蒸镀速率为

15、步骤2、在金属电极层上制备透明导电氧化物层；

16、步骤3、依次重复步骤1和步骤2，形成金属电极层与透明导电氧化物层交替层叠的一体化复合层，即完成钙钛矿太阳能电池一体化封装结构的封装。

17、其中，所述透明导电氧化物层的制备方式为溅射，其具体实施方式为：将沉积压力保持在0.1pa～1pa，氩气流速为20sccm～60sccm；用于沉积溅射透明导电氧化物的溅射功率为80～150w，沉积时间为1～30min。优选地，用于沉积溅射透明导电氧化物的溅射功率为80w～120w，沉积时间为1min～5min。

18、此外，本发明还提供了上述基于金属电极层和封装层的钙钛矿太阳能电池一体化封装结构在柔性钙钛矿太阳能电池器件、半透明太阳能电池器件中的应用。

19、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

20、(1)本发明制备的钙钛矿电池模组无需直接贴合封装层，同时器件的厚度大幅度下降，使其更加适合柔性钙钛矿太阳能电池器件的封装；同时，该一体化封装结构中较薄的金属电极层(50nm～200nm)使得电池器件的整体透光性更好，更适用于半透明太阳能电池器件的要求；

21、(2)本发明制备的由金属电极层和封装层(透明导电氧化物层)形成的一体化复合层，厚度更薄且致密的金属电极层与透明导电氧化物层进行交替、有利于电池器件中载流子的传输，能够提高电池器件的能量转换效率以及对下层钙钛矿太阳能电池起到保护的作用；同时采用蒸镀方式制备金属电极层、采用溅射工艺制备透明导电氧化物层，工艺流程简单，可重复性高，有利于制备并降低生产成本。