一种低成本双面钙钛矿太阳能电池及制备方法

本发明属于薄膜太阳能电池，具体涉及一种低成本双面钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、近年来，钙钛矿太阳能电池（psc）的实验室光电转换效率已由2009年的3.8%刷新到目前的认证效率26.1%，具备巨大的产业化潜力。但是，这些认证或报道的高效psc大多数是基于相对较小的面积（一般是0.1cm2，有些更小至0.03cm2）。常规psc一般由前电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极构成（如图1）。其中前电极一般选用透明导电玻璃；空穴传输层一般选用昂贵的空穴传输材料如spiro-ometad；背电极一般选用贵金属金或银等（如果是双面psc，背电极一般选用透明导电材料，通常是采用真空镀膜技术蒸镀导电材料）。整个psc组件的成本主要集中在前后电极和空穴传输层上。据推测，psc组件中前后电极成本占比达到60%以上。此外，传统的大面积psc生产工艺一般涉及四道沉积工序、四次激光划刻，四种设备（激光设备、真空镀膜设备、涂布设备、封装设备），所需设备成本高，生产速率相对较慢。

技术实现思路

1、鉴于现有psc结构需要昂贵的电极材料和空穴传输材料，制备过程需要昂贵的设备，且现有制备技术不利于大面积生产，本发明提供了一种低成本双面钙钛矿太阳能电池及制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种低成本双面钙钛矿太阳能电池，其是先分别制备金属/金属氧化物电子传输复合电极和金属/金属氧化物空穴传输复合电极，然后将两种复合电极以交替的方式紧密缠绕于叠在一起的两片柔性透明塑料板上，经酸处理制成电子空穴组合电极，再采用提拉法，在所得电子空穴组合电极表面形成钙钛矿层，最后经封装、切割、接入引线，同时制备获得两片相同的双面钙钛矿太阳能电池。其制备方法具体包括以下步骤：

4、（1）金属丝的清洗：分别将金属丝m、n置于乙醇水溶液中进行超声清洗，之后用去离子水对金属丝进行反复冲洗后，再将金属丝浸入无水乙醇中进行超声清洗，重复去离子水冲洗、无水乙醇超声清洗三次后氮气吹干；

5、（2）金属/金属氧化物电子传输复合电极的制备：将清洗好的金属丝m在室温下浸于酸溶液中进行预处理，经去离子水冲洗三次后，再于碱溶液中进行水热反应，之后冷却至室温，用去离子水洗至ph=7，再在室温下于盐酸溶液中进行浸泡，用去离子水洗至ph=7后置于马弗炉中进行煅烧，获得金属/金属氧化物电子传输复合电极；

6、（3）金属/金属氧化物空穴传输复合电极的制备：将清洗好的金属丝n在室温下浸于盐酸溶液中进行预处理后，用去离子水冲洗三次，再置于与含镍离子或铜离子的金属盐溶液中进行水热反应，之后冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇各清洗三次，再置于马弗炉中煅烧，获得金属/金属氧化物空穴传输复合电极；

7、（4）电子空穴组合电极的制备：将步骤（2）制备的金属/金属氧化物电子传输复合电极与步骤（3）制备的金属/金属氧化物空穴传输复合电极以交替的方式并排紧密缠绕于叠在一起的两片相同的柔性透明塑料板上，然后在室温下浸入酸溶液中进行酸处理，之后用去离子水和无水乙醇分别清洗三次，再经烘干，获得电子空穴组合电极；

8、（5）abx3钙钛矿前驱液的配制：将ax和bx2按等摩尔比加入到溶剂中搅拌混合，得到abx3钙钛矿前驱液；

9、（6）钙钛矿层的制备：将步骤（4）得到的电子空穴组合电极浸没于步骤（5）配制的abx3钙钛矿前驱液中，然后沿着电极排列的方向缓慢向上提拉，同时采用氮气吹在电极与钙钛矿前驱液的液面交界处，待完全提拉出来后进行热处理，再冷却至室温，从而在电子空穴组合电极表面形成钙钛矿层；

10、（7）钙钛矿太阳能电池的封装：将步骤（6）制备好的组件置于封装膜溶液中，然后垂直缓慢向上提拉，同时采用氮气吹在组件与封装膜溶液的液面交界处，待完全提拉出来后进行热固化处理，冷却至室温后，沿着两片柔性透明塑料板贴合的缝隙进行切割，最后将每片柔性透明塑料板上排列的金属/金属氧化物电子传输复合电极和金属/金属氧化物空穴传输复合电极用电极线依次连接起来，即获得两片相同的大面积柔性双面钙钛矿太阳能电池。

11、优选地，步骤（1）中所述金属丝m为钛丝、锡丝或含钛合金丝、含锡合金丝中的任意一种；所述金属丝n为镍丝、铜丝或含镍合金丝、含铜合金丝中的任意一种；两种金属丝的直径均为10微米-100微米；所述乙醇水溶液是将无水乙醇与去离子水按体积比1:10混合制成；所述超声清洗的时间为15分钟。

12、优选地，步骤（2）中所述酸溶液为氢氟酸、盐酸或两者以任意比例混合的水溶液，其浓度为0.2-5毫摩尔/升；所述预处理的时间为5-15分钟；所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中任意一种的水溶液，其浓度为0.5-10摩尔/升；所述水热反应的温度为80-180℃，时间为30-300分钟；所述盐酸溶液的浓度为0.2-5毫摩尔/升；所述浸泡的时间为60-600分钟；所述煅烧的温度为150-450℃，时间为15-60分钟。

13、优选地，步骤（3）中所述盐酸溶液的浓度为0.2-5毫摩尔/升；所述预处理的时间为5-15分钟；所述金属盐溶液的浓度为2-50毫摩尔/升；所述水热反应的温度为100-180℃，时间为3-10小时；所述煅烧的温度为300-500℃，时间为30-120分钟。

14、优选地，步骤（4）中所述柔性透明塑料板可为亚克力（pmma）板、聚乙烯醇（pva）板、聚酯（pet）板、聚酰亚胺（pi）板、聚萘二甲酯乙二醇酯（pen）板等，其长度为50-1000厘米、宽度为50-1000厘米、厚度为0.5-5毫米；所述酸溶液为氢氟酸或盐酸的水溶液，其浓度为0.2-5毫摩尔/升；所述酸处理的时间为5-15分钟；所述烘干的温度为50-100℃，时间为5-30分钟；经酸处理后，所得电子空穴组合电极上相邻的金属/金属氧化物电子传输复合电极与金属/金属氧化物空穴传输复合电极之间的间距为0.1-10微米。

15、优选地，步骤（5）所得abx3钙钛矿前驱液的浓度为0.5-2.5摩尔/升，其中a为阳离子ch3nh3+、hc(nh2)2+、(ch3)4n+、c7h7+、rb+、cs+中的一种或多种，b为金属离子ge2+、sn2+、pb2+中的一种或多种，x为卤族离子i-、br-、cl-中的一种或多种，优选地，a为hc(nh2)2+和cs+的混合，b为pb2+，x为i-和br-的混合；所述溶剂为γ-丁内酯、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和n-甲基-2-吡咯烷酮中一种或多种；所述搅拌的温度为70℃-80℃，时间为6小时。

16、优选地，步骤（6）中所述热处理的温度为100-150℃，时间为15-45分钟。

17、优选地，步骤（7）中所述封装膜溶液为聚甲基丙烯酸甲酯、全氟树脂、环氧树脂、poe胶、丁基胶中一种或多种的氯苯和/或甲苯溶液，其浓度为20-100毫克/毫升；所述热固化处理的温度为80-150℃，时间为30-300分钟。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明制备条件温和可控，制备方法简单有效且环保，无贵重设备，所得双面钙钛矿太阳能电池结构简单，电池面积可任意扩展，能够实现低成本大面积柔性双面钙钛矿太阳能电池的规模化生产。同时，在制备工艺中通过将金属/金属氧化物电子传输复合电极与金属/金属氧化物空穴传输复合电极以交替的方式并排紧密缠绕于叠在一起的两片相同的柔性透明塑料板上，可最终制得两片相同的双面钙钛矿太阳能电池，这可显著提高钙钛矿太阳能电池的生产速率。