一种具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法与流程

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，具体而言，涉及一种具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会的快速进步，可持续发展背景下的环境与能源问题成为各国关注的重点，光伏技术作为目前市场应用最为广泛的清洁能源技术将成为未来发展的重心之一。单晶硅基太阳能电池凭借其高效率、高稳定的优势占据了95％以上的光伏市场。然而，硅基太阳能电池成本高、产业链长、上游企业高耗能等问题限制了其发展速度，同时硅基太阳能电池的效率也逐步接近理论极限(～29.4％)，近些年来增长缓慢，因此，发展一种低成本、高理论效率、制造产业线路简单的新型光伏技术十分重要。

2、钙钛矿太阳能电池是一种低成本、高理论效率(～31％)的新型光伏技术。钙钛矿太阳能电池一般包括：前电极，为透明导电玻璃或柔性透明导电膜；第一载流子传输层，为p型或者n型半导体材料；钙钛矿光吸收层abx3材料，a为甲胺基ma、甲脒基fa、铯cs等一价基团或离子；b为铅pb、sn等二价元素或两个一价元素离子；x为卤族元素或其他负一价基团；第二载流子传输层，为n型或者p型半导体材料，为金属氧化物或有机半导体材料；背电极，可以是金属材料、石墨或者导电氧化物。自2009年对其开展研究以来，目前其实验室小面积电池光电转换效率已超过26.1％，可以与硅基电池效率相媲美。尤其在2021年下半年，钙钛矿太阳能电池的产业化进程加快，实验室技术放大、中试产线搭建、样品展示等产业化初期尝试如火如荼。

3、目前，针对于产业化应用的钙钛矿太阳能电池模组常采用激光划线的方式将子电池串联，激光划线步骤则通常包含三次(命名为p1、p2、p3)，p1是将透明导电电极图案化，分割成多个子模块；p2是将制备好的第一载流子传输层/钙钛矿层/第二载流子传输层结构一并图案化，暴露出小部分底部透明导电层；p3是在背电极层制备后，对电极进行图案化处理；最终形成多块分离的子电池串联起来的钙钛矿太阳能模组。

4、现有技术中，激光划线工艺基本上都是使用高频高功率激光进行一次贯穿式刻蚀，在实践过程中发现划线位置会影响电池组件的稳定性。

5、因此，需要设计一种新的技术方案来改善上述问题，以有效保障钙钛矿电池组件性能的高效发挥。鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组及其制备方法。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组，其包括：透明基底、透明导电层、第一载流子层、钙钛矿层、第二载流子层以及背电极层，所述透明导电层沉积于所述透明基底上，通过p1激光划线槽将所述导电层分割，所述第一载流子层、所述钙钛矿层和所述第二载流子层依次沉积于所述导电层上并填充于所述p1激光划线槽内，通过p2激光划线槽将所述第二载流子层、所述钙钛矿层和所述第一载流子层分割，所述p2激光划线槽的侧壁上设置有第一断面绝缘层，所述背电极层沉积于所述第二载流子层和所述第一断面绝缘层的表面，通过p3激光划线槽将所述背电极层、所述第二载流子层、所述钙钛矿层和所述第一载流子层分割，所述p3激光划线槽的侧壁上设置有第二断面绝缘层，所述p2激光划线槽和所述p3激光划线槽部分交叠，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层均覆盖所述第二载流子层、所述钙钛矿层和所述第一载流子层。

4、在可选的实施方式中，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层的高度均为700～3000nm；

5、和/或，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层的高度均超出所述第二载流子层的上表面；

6、和/或，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层的宽度均为10～50μm；

7、和/或，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层之间的距离为60～200μm。

8、在可选的实施方式中，所述第一断面绝缘层和所述第二断面绝缘层的材料为有机物、无机物和液态胶水中的至少一种；

9、可选地，所述有机物包括聚酰亚胺；

10、可选地，所述无机物包括氮化硅、氧化硅、氧化铝和氮氧化硅中的至少一种；

11、可选地，所述液态胶水包括环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸中的至少一种。

12、第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项所述的具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组的制备方法，其包括：

13、在所述透明基底的表面沉积所述透明导电层，在所述透明导电层的表面对应于p2激光划线的位置和p3激光划线的位置沉积绝缘柱，采用p1激光划线将所述导电层分割形成所述p1激光划线槽，随后沉积所述第一载流子层、所述钙钛矿层和所述第二载流子层，在所述绝缘柱上采用p2激光划线将所述第二载流子层、所述钙钛矿层和所述第一载流子层分割形成具有第一断面绝缘层的p2激光划线槽，在所述第二载流子层和所述第一断面绝缘层的表面沉积所述背电极层，在所述绝缘柱上采用p3激光划线将所述背电极层、所述第二载流子层、所述钙钛矿层和所述第一载流子层分割形成具有第二断面绝缘层的p3激光划线槽。

14、在可选的实施方式中，所述绝缘柱的高度为700～3000nm，宽度为90～300μm；

15、可选地，所述p2激光划线的划线宽度30～100μm，划线边缘距离所述第一断面绝缘层的边缘宽度为10～50μm，距离所述第二断面绝缘层的边缘宽度为50～150μm；

16、可选地，所述p3激光划线的划线宽度30～100μm，划线边缘距离所述第一断面绝缘层的边缘宽度为50～150μm，距离所述第二断面绝缘层的边缘宽度为10～50μm。

17、在可选的实施方式中，所述绝缘柱的制备方法包括涂布、等离子增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或光刻；

18、优选地，所述等离子增强化学气相沉积的方法包括利用掩膜版进行溅射沉积所述绝缘柱；

19、优选地，所述光刻的方法包括先在所述透明导电层的表面沉积绝缘层，在所述绝缘层的表面进行涂胶，并经掩膜版将需要刻蚀的区域进行曝光显影，将需要刻蚀的区域裸露出来，再进行刻蚀，随后将剩余的光刻胶剥离清洗，形成所述绝缘柱。

20、在可选的实施方式中，所述p1激光划线、所述p2激光划线和所述p3激光划线均采用飞秒激光设备进行划线处理。

21、在可选的实施方式中，所述透明导电层的厚度为50～500nm，所述第一载流子层的厚度不大于100nm，所述钙钛矿层的厚度为500～2000nm，所述第二载流子层的厚度不大于100nm；

22、优选地，所述透明导电层的材料包括氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、银纳米线、石墨烯和碳纳米管中的至少一种；

23、优选地，所述第一载流子层的材料包括spiro-ometad、pedot:pss、tpd、ptaa、p3ht、pcpdtbt、niox、v2o5、cui、moo3、cuo和cu2o中的至少一种；

24、优选地，所述钙钛矿层的材料的化学通式为abx3，其中a为ch3nh3+(ma+)、nh2＝chnh2+(fa+)、c4h9nh3+、cs+和rb+的至少一种；b为pb2+、sn2+、ge2+、sb3+、bi3+、ag+、au3+和ti4+中的至少一种；x为cl-，br-，i-或类卤素中的至少一种；

25、优选地，所述第二载流子层的材料包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化镁、氧化铜、c60富勒烯其衍生物、氧化亚铜和氧化钨中的至少一种；

26、优选地，所述背电极层的材料为au、ag和cu中的至少一种。

27、第三方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池模组的封装结构，其包括如前述实施方式任一项所述的具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组、封装胶膜和封装盖板，所述封装盖板通过所述封装胶膜与所述具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组粘接；

28、优选地，所述封装胶膜包括eva、poe和pvb中的至少一种；

29、优选地，所述封装胶膜的厚度为50～500μm；

30、优选地，采用层压设备对所述具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组、所述封装胶膜和所述封装盖板进行封装；

31、优选地，所述层压设备中的层压熔融温度100℃～150℃。

32、第四方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，其包括如前述实施方式所述的钙钛矿太阳能电池模组的封装结构。

33、本发明具有以下有益效果：

34、本发明提供的具有断面绝缘的钙钛矿太阳能电池模组，通过将p2激光划线槽和p3激光划线槽进行部分交叠，同时在其对应的位置设置第一断面绝缘层和第二断面绝缘层，利用第一断面绝缘层实现将p2激光划线位置处裸露断面进行绝缘，同时，利用第二断面绝缘层实现将p3激光划线位置处裸露断面进行绝缘，在第一断面绝缘层和第二断面绝缘层的作用下使得部分交叠的p2激光划线槽和p3激光划线槽的侧壁均被绝缘层覆盖，透明导电层表面形成绝缘槽，可使得钙钛矿层的局部结晶性提高；将p2和p3划线位置重合在一起，不仅可以减少死区(划线位置不产生光生载流子)面积，还能确保划线刻蚀截面被绝缘层覆盖，提高电池组件的稳定性。此方案设计最终可整体提升钙钛矿太阳电池的性能。