钙钛矿电池及其制备方法和钙钛矿电池组件及太阳能电池与流程

本发明属于电池，具体地，涉及一种钙钛矿电池及其制备方法和钙钛矿电池组件及太阳能电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。近年来，单节钙钛矿电池及其叠层电池发展迅速，成为当前光伏领域的研究热点。有机金属卤化物钙钛矿材料制备的太阳电池具有吸收系数高、带隙可调以及制备工艺简单等优点，单节太阳电池实验室效率提升到了26%左右，钙钛矿/硅叠层太阳电池效率目前也已经达到了32%以上。

2、虽然钙钛矿电池具有很高的能力转化效率，但是钙钛矿太阳电池存在其固有的稳定性缺陷问题：其一、常规钙钛矿材料在受光、水分侵蚀以及在高温条件下的稳定性较差，而光伏器件的工作环境难以避免这些侵扰因素；其二、钙钛矿电池材料发生分解，表现为abx3形式的钙钛矿晶体分解为金属卤化物和hcn、ch3i、ch3br、nh3等气态分解产物，然而该反应在一定程度上是可逆的，可以通过减少气态分解产物析出以阻止钙钛矿材料分解反应的正向进行。

3、为了阻止钙钛矿材料分解过程中可逆析气反应的正向进行，目前采取的方法为使用丁基胶（主要成分为聚异丁烯）对钙钛矿电池进行覆盖式封装，但是该方法存在以下缺陷：其一、丁基胶的主要成分是聚异丁烯，为满足丁基胶延展性、粘性和热融温度等性能指标，需要向丁基胶中加入大量的添加剂，而这些添加剂中有的成分可以与钙钛矿层的材料发生反应，导致钙钛矿电池自生腐蚀加快；其二、丁基胶在长期高热和光照的条件下容易开裂，进而导致水氧渗入电池引发钙钛矿材料分解，无法有效阻止可逆析气反应正向进行。

4、因此，有必要提供一种能够有效阻止钙钛矿材料分解析出气体逸出的钙钛矿电池。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，如何有效阻止钙钛矿材料分解析出气体逸出，以提高钙钛矿电池的稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种钙钛矿电池，该钙钛矿电池包括依次层叠的透明导电基底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极；所述钙钛矿层朝向所述电极的表面结合有硅氧化物层。

3、可选地，所述硅氧化物层的厚度为0.1-6 nm。

4、可选地，所述钙钛矿层与所述硅氧化物层之间还设有界面阻挡层；所述界面阻挡层的厚度为0.5-1 nm。

5、可选地，所述界面阻挡层与所述硅氧化物层厚度的比值为0.2-2：1。

6、可选地，所述界面阻挡层的材料选自lif和mgf2中的至少一种。

7、可选地，所述第一电荷传输层为空穴传输层，所述第二电荷传输层为电子传输层；或者所述第一电荷传输层为电子传输层，所述第二电荷传输层为空穴传输层。

8、可选地，所述空穴传输层的材料选自niox、cu2o、cuscn、pedot:pss、ptaa、me-4pacz、2pacz、meo-2pacz、4padcb和 spiro-ometad中的至少一种；和/或所述电子传输层的材料选自富勒烯、pcbm、tio2、sno2和zno中的至少一种。

9、可选地，所述电子传输层的表面覆盖有bcp钝化层。

10、本发明的第二方面提供了一种钙钛矿电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

11、在透明导电基底上制备第一电荷传输层以及在所述第一电荷传输层的表面制备钙钛矿层；

12、在所述钙钛矿层的表面进行磁控溅射，以在所述钙钛矿层的表面形成硅氧化物层；

13、在所述硅氧化物层的表面制备第二电荷传输层以及在所述第二电荷传输层的表面制备电极。

14、可选地，所述磁控溅射的条件包括：靶材为sio2；本底真空度为2-6×10-4pa；溅射总气压为0.1-0.5 pa；靶材与所述电极表面之间的距离为100-200 mm；溅射功率为80-120w；沉积时间为300-600 s。

15、可选地，所述方法还包括：在所述钙钛矿层的表面真空蒸镀形成界面阻挡层；并在所述界面阻挡层的表面进行磁控溅射制备所述硅氧化物层。

16、可选地，所述真空蒸镀的条件包括：蒸镀材料为lif和/或mgf2；蒸发速率为0.01-0.02nm/s，时间为50-100 s。

17、可选地，所述第一电荷传输层为空穴传输层，所述第二电荷传输层为电子传输层；或者所述第一电荷传输层为电子传输层，所述第二电荷传输层为空穴传输层。

18、可选地，所述空穴传输层的材料选自niox、cu2o、cuscn、pedot:pss、ptaa、me-4pacz、2pacz、meo-2pacz、4padcb和 spiro-ometad中的至少一种；和/或所述电子传输层的材料选自富勒烯、pcbm、tio2、sno2和zno中的至少一种。

19、可选地，所述方法还包括：在所述电子传输层的表面制备bcp钝化层。

20、本发明的第三方面提供了一种钙钛矿电池组件，该电池组件包括封装胶膜、背板以及本发明第一方面的钙钛矿电池，所述钙钛矿电池朝向所述背板的表面结合有氧化物封装层，所述封装胶膜环绕所述钙钛矿电池并与所述背板粘合。

21、可选地，所述氧化物封装层的厚度为60-140 nm。

22、可选地，所述氧化物封装层的材料选自sio2和al2o3中的至少一种；和/或所述封装胶膜的材料选自丁基胶、硅胶、光固化胶和热塑性胶中的至少一种。

23、本发明的第四方面提供了一种钙钛矿电池组件的制备方法，该方法包括以下步骤：

24、化学气相沉积或物理气相沉积条件下，在本发明第一方面的钙钛矿电池的电极表面形成氧化物封装层，得到第一封装钙钛矿电池；

25、在所述第一钙钛矿电池的外周涂布或粘贴封装胶膜，使得所述封装胶膜环绕所述第一钙钛矿电池，得到第二封装钙钛矿电池；

26、对所述第二钙钛矿电池进行层压封装。

27、可选地，所述氧化物封装层为sio2层；所述sio2层的形成方法为射频磁控溅射；所述射频磁控溅射的条件包括：靶材为sio2；本底真空度为2-6×10-4pa；溅射总气压为0.1-0.5 pa；靶材与所述电极表面之间的距离为100-200 mm；溅射功率为80-120 w；沉积时间为8000-12000 s。

28、可选地，所述封装的条件包括：温度为80-110 ℃；压力为60-100 kpa；时间为200-500 s。

29、本发明的第五方面提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括本发明第一方面的钙钛矿电池。

30、通过上述技术方案，本发明通过在钙钛矿层的表面结合硅氧化物层，可以阻止钙钛矿材料分解产生的气体逸出，从而阻止钙钛矿分解的可逆析气反应正向进行，以阻止或减缓钙钛矿材料分解；同时，硅氧化物层还能够阻止钙钛矿材料的固态分解产物发生界面迁移导致缺陷增加。

31、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。