在空气环境下制成的具有可调光电特性的全印刷双面钙钛矿太阳能组件的制作方法

本公开涉及玻璃双面太阳能组件，即：使用在玻璃基板上开发的太阳能电池的特定光伏(pv)材料系统，以利用来自该结构的正面和背面的太阳能光，使用钙钛矿结构作为轻质活性材料。更具体地说，该技术涉及到完全在大气环境条件下制造的两个钙钛矿太阳能组件的开发和背面集成，使用专门的印刷工艺(即喷墨印刷、刮板涂布和点胶印刷)。每个太阳能组件都是由条带状的太阳能电池组成，采用薄膜单片结构，内部串联在单个玻璃基板上。为此，建议采用如下所述的两种太阳能电池设计来开发每个太阳能组件。第一种简化的结构与在玻璃表面导电衬底上开发多层太阳能电池系统有关，该系统通过将电子传输层、钙钛矿吸收层和由碳质材料制成的对电极层层堆叠在一起；或者，第二配置包括作为设置在钙钛矿和碳层之间的空穴传输层的无机氧化物材料。最终的双面光伏系统通过将已开发的太阳能组件合并而成，每个组件的碳电极都面向在一起，而这些电极则由热塑性或紫外线固化材料隔离。所提出的光伏系统的设计可以根据预期应用的能源需求而变化。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)被认为是目前最令人兴奋和蓬勃发展的太阳能电池技术，是目前主导光伏市场的成熟晶体硅(c-si)太阳能电池的主要潜在替代品。钙钛矿材料可以通过简单和低成本的制造加工获得独特的光电属性，这已经引起了全球研究和工业界的兴趣，推动了该领域的巨大进步，并对可持续能源的生产方式产生了切实的影响。与成熟的c-si光伏相比，钙钛矿光伏技术已经实现了具有竞争力的效率，而提高器件稳定性，降低制造成本以及减少这些器件的环境足迹是现在研究的中心主题。

2、在光伏领域，提高单位面积的输出功率一直被认为是一个巨大的挑战，串联太阳能电池结构是我们研究和开发的重点。在这个方向上，钙钛矿基串联太阳能电池，如钙钛矿-硅、钙钛矿-钙钛矿和钙钛矿-有机结构已经引起了光伏界的高度关注。然而，升级设计复杂、制造成本增加，这推动了替代策略的发展，以获得更经济的用于提供更高的电力转换效率(pce)的产品。作为替代方案，双面光伏技术自上世纪80年代以来就出现了。在那之后，双面性的概念继续存在，从2000年代开始，人们提出了具有成本效益的解决方案，并将其用于几个小众应用。该技术在2009年之后蓬勃发展，主要是大型光伏企业开始将基于c-si材料的双面太阳能组件商业化。目前，双面光伏被认为是光电转换最重要的技术之一，这要归功于与单面光伏相比，双面光伏可以提供更高的能量产量和更低的平准化能源成本(lcoe)。国际光伏技术路线图(itrpv)预测，在未来十年，双面晶硅光伏在全球市场的份额将呈大幅上升趋势。尽管如此，仍有一些挑战阻碍了双面太阳能电池在全球光伏市场的广泛采用。

3、一个理想的双面太阳能电池应该具有接近于最先进的单面电池的前端照明效率，具有高(接近于统一)的双面性(后侧和前侧照明之间的效率比)，并在设备两侧同时照明的情况下运行良好。然而，硅在漫反射光条件下的低效率限制了这种光伏技术的广泛采用。在这个方向上，基于钙钛矿材料的双面太阳能电池的开发可以涵盖上述三个目标，以实现高效的能量转换设备，因为钙钛矿材料具有超高的吸收系数、长载流子寿命和低光条件下的更高性能。

4、与光伏市场上的其他产品相比，双面钙钛矿太阳能组件的成功实现需要使用替代的低成本太阳能电池材料和简化的设备架构，以及在大气环境条件下进行加工。其中，环境空气处理的碳基无孔传输层(c-based htl-free)pscs被认为是太阳能产业市场的领跑者。主要由于钙钛矿光伏结构的超低制造成本，使它们成为进入光伏市场最有前途的产品之一。由于它们采用了廉价的碳材料，并且与印刷技术完全兼容，而在该领域的许多研究表明，与贵金属基光伏结构相比，它们在不同的极端操作条件下具有很高的鲁棒性。当能量需求增加时，可以通过在钙钛矿和碳层之间实施空穴传输层(最好是无机p型半导体)来实现更高性能的pv器件。考虑到上述因素，再加上双面太阳能组件利用来自系统前后两侧的直接、扩散和反射阳光的能力的增加，这种类型的设备被认为是可持续能源生产系统开发中的新兴解决方案，特别是当这些设备的制造加工与相应的单面相比没有显著改变时。

技术实现思路

1、在详细解释本公开的任何实施方式之前，应理解本申请中的公开并不限于以下描述所设置的组件的构造和排列的细节。以下列举的任何数值范围旨在包括并具体公开指定的端点以及该范围内的整数和分数。

2、本发明提供一种基于在掺氟氧化锡(fto)玻璃的导电表面上使用喷墨印刷或任何其他相关印刷技术开发的薄膜的高效双面钙钛矿太阳能组件。具体而言，本发明包括完全在环境条件下开发的整体配置中沉积三或四个分离层(即：电子传输层、钙钛矿吸收层、无机空穴传输材料和碳对电极的系统和方法)，用于太阳光发电。这些设备的双面操作是通过将两个整体组件组合而成的，其中一个组件的碳电极面对另一个组件的碳电极，由密封剂分开。

3、根据本发明的进一步方面，本发明的进一步实施方案可包括：

4、·完全在空气环境条件下，在同一玻璃上的独立太阳能条带(stripes)

5、上制造碳基钙钛矿太阳能组件。

6、·两个独立的太阳能组件的放置方式，使它们的碳电极彼此面对，并由热塑性、热固性或uv固化材料分开。

7、·组成太阳能组件的条带之间的空间可以改变，从而实现不同级别的功率输出和透明度。

8、·与常用油墨相比，使用环保溶剂和铅化合物含量较低的低毒钙钛矿前驱体油墨，这些油墨的保质期很长(>6个月的避光存储)。

9、·通过溶液化学工程或使用高效气体淬火与喷墨打印处理集成的镜面钙钛矿吸收层，可获得高质量的无退火钙钛矿吸收层。

技术特征：

1.一种双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述第一碳基钙钛矿太阳能条带和所述第二碳基钙钛矿太阳能条带分别包括依次设置的基材、导电层、tio2层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及碳电极。

3.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述第一碳基钙钛矿太阳能条带和所述第二碳基钙钛矿太阳能条带的数量分别为10至100个。

4.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述第一碳基钙钛矿太阳能条带和所述第二碳基钙钛矿太阳能条带的位置完全对齐。

5.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述顶部子组件与所述底部子组件的孔径覆盖率为10％-70％。

6.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述第一碳基钙钛矿太阳能条带之间的间隙及所述第二碳基钙钛矿太阳能条带之间的间隙可以调节。

7.根据权利要求2所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述钙钛矿层通过以下方法制备：

8.根据权利要求7所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述钙钛矿材料包括csxma1-xpb(i1-y-zbryclz)3和csxfa1-xpb(i1-y-zbryclz)3中的至少一种；所述溶液的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-戊内酯或2-甲氧基乙醇。

9.根据权利要求2所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述空穴传输层通过在所述钙钛矿层上喷墨打印具有传输正电荷载体能力的材料获得。

10.根据权利要求9所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述具有传输正电荷载体能力的材料为无机金属氧化物。

11.根据权利要求1所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述第一碳基钙钛矿太阳能条带与所述第一透明基板之间和所述第二碳基钙钛矿太阳能条带与所述第二透明基板之间通过碳基背面触点连接。

12.根据权利要求11所述的双面钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述碳基背面触点为银触点。

13.权利要求1-12任一项所述的双面钙钛矿太阳能组件在开阔场或封闭场用于发电的应用。

14.根据权利要求13所述的应用，所述开阔场包括水平架空和垂直间隙；所述封闭场包括屋顶和侧壁。

15.根据权利要求13所述的应用，所述的双面钙钛矿太阳能组件能够在湿度高达50％rh环境空气下发电。

技术总结本发明涉及在空气环境条件下使用专用印刷方法在玻璃衬底上设计和开发的双面碳基钙钛矿太阳能组件。本发明包括构建单片钙钛矿太阳能组件的方法，这些组件被合并以制造双面太阳能组件。本光伏系统根据预期的应用提供可定制的光电特性。双面太阳能组件可以通过改变太阳能电池条带之间的距离来具有不同的功率输出水平和组件内的透明度。高性能的活性吸收层可以将从建筑的前后两侧获得的直接和漫反射光的太阳能转化为电能。钙钛矿活性吸收层采用无退火制造工艺的更环保的油墨制成。电荷选择层采用工业兼容的化学技术开发的油墨制成。碳基背面触点用膏体制成，即使在低温印刷加工下，也表现出与钙钛矿活性吸收层的良好兼容性和高导电性。技术研发人员：季米特里斯·A·查尔基亚斯,阿吉罗拉·穆尔齐库,伊莱亚斯·斯塔萨萄斯,尼克·卡诺伯罗斯受保护的技术使用者：希腊布莱特公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25