平板钙钛矿太阳能电池的制备方法及电池器件与流程

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种平板钙钛矿太阳能电池吸光层的制备方法及电池器件。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池是一种是以钙钛矿型的有机-无机卤化物半导体作为吸光材料的新型太阳能电池，属于第三代太阳能电池。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经超过25％，具有与铜铟镓硒、碲化镉、晶硅等太阳能电池竞争市场的潜力，已经成为一种最广泛研究的光伏技术之一。

2、钙钛矿材料abx3(如ch3nh3pbi3)作为一种光电性能优良的材料，高的光电转换效率，具有abx3结构的钙钛矿材料具有其特有的晶体结构，同时也表现出优异的性能。例如，这类材料有很高的载流子迁移率，高的空穴率，高的摩尔消光系数，良好的两极电荷传输性，小的激子束缚能和可调的带隙，在300nm～800nm的范围内有很强的吸收。此外，电子与空穴等在abx3钙钛矿材料中的寿命较长，载流子扩散长度达到100nm，使得电荷分离更加容易。因此，上述钙钛矿材料作为光电功能材料在诸如太阳能电池、光探测器等电子器件中等领域已经开始被广泛地研究和应用。

3、目前，常用于制备钙钛矿薄膜的方法主要为溶液法和蒸发法。溶液法需要使用有机溶剂，在退火的过程中会会环境造成污染。蒸发法需要真空设备，对制备工艺要求苛刻，且会会原料造成大量浪费。本专利提出了一种通过溶融法制备钙钛矿太阳能电池的方法，并将其应用于钙钛矿光伏器件或led器件中，具有较强的实际应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种平板钙钛矿太阳能电池的制备方法及电池。

2、本发明的第一方面提供了一种平板钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

3、(1)在衬底表面依次制备透明导电层和第一电荷传输层；

4、(2)将钙钛矿材料粉末均匀铺平于第一电荷传输层上，用玻璃片覆盖，加热至钙钛矿材料完全融化形成均一的薄膜；其中，所述加热温度高于所述钙钛矿材料熔点且低于所述钙钛矿材料的分解温度；

5、(3)冷却使钙钛矿薄膜固化，取下玻璃片，得到吸光层；

6、(4)在吸光层表面依次制备第二电荷传输层、任选的缓冲层、电极，得到平板钙钛矿太阳能电池；

7、其中，当所述第一电荷传输层为电子传输层时，与其对应的所述第二电荷传输层为空穴传输层；当所述第一电荷传输层为所述空穴传输层时，与其对应的所述第二电荷传输层为所述电子传输层。

8、根据第一方面的方法，其中，所述钙钛矿材料选自以下一种或多种：(rnh3)2mnx3n+1、a2mnx3n+1、(a1)x(a2)1-xm(x1)y(x2)3-y；

9、其中，r选自ch3、ch3ch2、ch3ch2ch2、ch3ch2ch2ch2或者cmh2m+1(1≤m≤12)；

10、a、a1和a2选自ch3nh3、pea、2-f-pea、3-f-pea、4-f-pea、5fpea、2-brpea、4-brpea、3-clpea、4-clpea、2，4-clpea、nea、β-me-pea、r-β-me-pea、s-β-me-pea、3-meo-pea、4-meo-pea中的一种或多种；

11、m选自pb、sn、ge、bi或者sb中的一种或多种；

12、x、x1和x2选自cl、br或i；

13、n≥1，0≤x≤1，0≤y≤3。

14、根据第一方面的方法，其中，所述吸光层的厚度为100～1000nm，优选为300～600nm。

15、根据第一方面的方法，其中，步骤(2)中，在玻璃片上施加压力，所述压力优选为0.01mpa～0.1mpa。

16、根据第一方面的方法，其中，步骤(3)中还包括对固化后的钙钛矿薄膜进行退火，退火温度小于所述钙钛矿材料的熔点。

17、根据第一方面的方法，其中，所述衬底为柔性衬底或刚性衬底，优选为透明玻璃衬底。

18、根据第一方面的方法，其中，所述透明导电层材料选自以下一种或多种：ito、fto。

19、根据第一方面的方法，其中，所述电子传输层材料选自以下一种或多种：sno2、c60及其衍生物、tio2、basno3、zno；和/或

20、所述空穴传输层材料选自以下一种或多种：spiro-ometad、p3ht、niox、ptaa、pedot：pss及咔唑类空穴传输材料；优选地，所述咔唑类空穴传输材料选自2pacz、meo-2pacz、me-4pacz中的一种或多种。

21、根据第一方面的方法，其中，所述缓冲层材料选自以下一种或多种：bcp、sno2、al2o3、乙酰丙酮锆。

22、本发明的第二方面提供了一种平板钙钛矿太阳能电池，所述电池按照第一方面所述的方法制备。

23、本发明的第三方面提供了一种太阳能电池系统，所述太阳能电池系统包括：

24、按照第一方面的方法制备的平板钙钛矿太阳能电池或根据第二方面的平板钙钛矿太阳能电池；和

25、储能系统；

26、其中，所述储能系统至少用于存储所述平板钙钛矿太阳能电池转化的电能并可向所述平板钙钛矿太阳能电池供电。

27、根据第三方面的太阳能电池系统，其中，所述太阳能电池系统还包括智能控制系统；

28、所述智能控制系统与所述储能系统、平板钙钛矿太阳能电池连接，并至少用于调节所述储能系统和/或所述平板钙钛矿太阳能电池的工作状态。

29、本发明的制备方法可以具有但不限于以下有益效果：

30、本发明通过对钙钛矿材料进行加热，使其熔融，在不使用溶剂和真空设备的情况下得到钙钛矿薄膜，并通过该方法制备成钙钛矿太阳能电池。本发明采用熔融法制备吸光层，避免了有机溶剂的使用，同时可空气中常压制备，采用熔融法制备的钙钛矿薄膜具有更少的缺陷和更好的薄膜质量，是一种具有潜力的太阳能电池制备方法。

技术特征：

1.一种平板钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙钛矿材料选自以下一种或多种：(rnh3)2mnx3n+1、a2mnx3n+1、(a1)x(a2)1-xm(x1)y(x2)3-y；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸光层的厚度为100～1000nm，优选为300～600nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，在玻璃片上施加压力，所述压力优选为0.01mpa～0.1mpa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中还包括对固化后的钙钛矿薄膜进行退火，退火温度小于所述钙钛矿材料的熔点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为柔性衬底或刚性衬底，优选为透明玻璃衬底。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明导电层材料选自以下一种或多种：ito、fto。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子传输层材料选自以下一种或多种：sno2、c60及其衍生物、tio2、basno3、zno；和/或

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述缓冲层材料选自以下一种或多种：bcp、sno2、al2o3、乙酰丙酮锆。

10.一种平板钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电池按照权利要求1至9中任一项所述的方法制备。

11.一种太阳能电池系统，其特征在于，所述太阳能电池系统包括：

12.根据权利要求11所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述太阳能电池系统还包括智能控制系统；

技术总结本发明涉及一种平板钙钛矿太阳能电池的制备方法及电池，所述方法包括采用熔融法制备钙钛矿吸光层的步骤。本发明通过对钙钛矿材料进行加热，使其熔融，在不使用溶剂和真空设备的情况下得到钙钛矿薄膜，并通过该方法制备成钙钛矿太阳能电池。本发明采用熔融法制备吸光层，避免了有机溶剂的使用，同时可空气中常压制备，采用熔融法制备的钙钛矿薄膜具有更少的缺陷和更好的薄膜质量，是一种具有潜力的太阳能电池制备方法。技术研发人员：高纪凡,吴佳汶,李佳辉,张学玲,冯志强受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2