一种钙钛矿电池组件及其制备方法与流程

本发明涉及光伏组件，具体涉及一种钙钛矿电池组件及其制备方法。

背景技术：

1、到目前为止，钙钛矿太阳能电池已经取得了飞速的发展，然而基于溶液法制备的钙钛矿薄膜电池的质量很难控制，这就导致了所制备的光伏器件的效率、重复性以及稳定性较差。其中，钙钛矿薄膜电池在溶液沉积过程中的快速结晶是导致钙钛矿薄膜电池质量较差的一个重要因素。较快的结晶速率使得钙钛矿薄膜的形貌不可控并限制了晶粒生长，从而极大地限制了光伏器件的性能和稳定性，因此精细调控钙钛矿的结晶过程以提供高质量的钙钛矿薄膜对于制备高效的钙钛矿太阳能电池至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有的钙钛矿电池组件存在效率较低、稳定性差的问题，而提出了一种新的钙钛矿电池组件结构并提供了相应的制备方法，解决了上述问题。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提出了一种钙钛矿电池组件，所述的钙钛矿电池组件包括依次层叠设置的前盖板玻璃、钙钛矿电池层、封装胶膜以及后盖板玻璃；其中：所述的钙钛矿电池层包括层叠设置于所述前盖板玻璃入光面相对侧的透明导电层，以及依次层叠设置于所述透明导电层上的第一电荷传输层、晶种层、钙钛矿吸光层、第二电荷传输层和背电极；所述的背电极与所述封装胶膜层叠设置；所述的晶种层用于为所述钙钛矿吸光层提供成核位点，以辅助所述钙钛矿吸光层的晶体生长；用于形成所述晶种层的材料与用于形成所述钙钛矿吸光层的材料相同或不同；其不同之处在于：形成该晶种层的材料中还包括添加剂，以用于加强所述第一电荷传输层与钙钛矿吸光层的电荷传输能力。

4、具体的，所述的添加剂为噻吩类添加剂。

5、进一步的，一种钙钛矿电池组件：所述透明导电层的厚度设置为180～220nm，所述背电极的厚度设置为80～110nm。

6、进一步的，一种钙钛矿电池组件：所述第一电荷传输层和第二电荷传输层的厚度分别设置为15～50nm。

7、进一步的，一种钙钛矿电池组件：所述晶种层的厚度设置为50～200nm。

8、进一步的，一种钙钛矿电池组件：所述钙钛矿吸光层的厚度设置为350～600nm。

9、本发明还提供了一种钙钛矿电池组件的制备方法，该方法为：将所述前盖板玻璃、钙钛矿电池层、封装胶膜以及后盖板玻璃依次层叠后进行层压成型，安装接线盒，即获得钙钛矿电池组件；

10、其中，所述钙钛矿电池层的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、在清洗好的前盖板玻璃上溅射制备透明导电层；

12、s2、在所述的透明导电层上通过溅射、旋涂、蒸镀、刮涂或狭缝涂布等方法制备第一电荷传输层；

13、s3、在所述第一电荷传输层上制备晶种层，不退火，而后快速在所述晶种层上涂布钙钛矿前驱体液，退火，获得钙钛矿吸光层；

14、s4、在所述钙钛矿吸光层上通过溅射、旋涂、蒸镀、刮涂或狭缝涂布等方法制备第二电荷传输层；

15、s5、在所述的第二电荷传输层上通过蒸镀或磁控溅射的方式制备背电极。

16、进一步的，一种钙钛矿电池组件的制备方法：步骤s3中的退火温度为70～180℃，退火时间为15～30分钟。

17、优选的，退火温度为90～110℃。

18、本发明的有益效果：

19、(1)有基于溶液法制备的钙钛矿薄膜电池存在质量难以控制，导致所制备的钙钛矿光伏组件的效率低、重复性以及稳定性较差等现实问题，本发明设计了一种新的钙钛矿电池组件结构，其通过在钙钛矿电池层中形成晶种层，其用于辅助钙钛矿吸光层的结晶生长，从而使钙钛矿吸光层的质量更高。

20、(2)本发明提出的钙钛矿电池层的制备方法是一种利用晶种层辅助生长工艺来获得具有择优取向、大晶粒尺寸和较少晶界的钙钛矿薄膜电池的制备方法，通过这种方法制备的钙钛矿薄膜电池，其质量高，可以大大减少非辐射复合中心，增加电池组件的光电转换效率。

21、(3)本发明工艺的核心在于对钙钛矿吸光层的制备过程进行结晶调控，目前钙钛矿薄膜电池的主要问题就是在大面积制备时的结晶调控问题，由于钙钛矿晶体过快的结晶速率导致了其表面有很多缺陷，这在钙钛矿电池的工作过程中会成为非辐射复合中心，降低其光电转换效率，因此对其进行结晶调控是一种提高钙钛矿电池光电转换效率的有效途径，本发明的方法提供了一种在制备钙钛矿薄膜时预先制备一层晶种层的思路，利用晶种层为钙钛矿吸光层提供成核位点，辅助钙钛矿晶体生长，从而获得具有择优取向、大尺寸晶粒和较少晶界的钙钛矿薄膜，采用晶种层辅助生长工艺后，钙钛矿薄膜中的非辐射复合降低，稳定性增强，最终使制备的钙钛矿电池的效率显著提高。

22、(4)在本发明的制备方法中钙钛矿吸光层采用了两步成核一步退火结晶的工艺：通过晶种层辅助钙钛矿晶体生长，获得具有择优取向、大尺寸晶粒和较少晶界的钙钛矿薄膜；本发明工艺中钙钛矿吸光层两步成核的工艺相较一步成核，可以避免一步成核过程湿膜过厚造成上下钙钛矿成核速率差异，晶粒数量增多，尺寸过小，晶界增加导致载流子传输阻力增加的问题。本发明采取的两步成核工艺最终可以制得稳定性强、效率高的钙钛矿电池。

技术特征：

1.一种钙钛矿电池组件，其特征在于，所述的钙钛矿电池组件包括依次层叠设置的前盖板玻璃(1)、钙钛矿电池层(2)、封装胶膜(3)以及后盖板玻璃(4)；

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿电池组件，其特征在于，所述透明导电层(21)的厚度设置为180～220nm，所述背电极(26)的厚度设置为80～110nm。

3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿电池组件，其特征在于，所述第一电荷传输层(22)和第二电荷传输层(25)的厚度分别设置为15～50nm。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿电池组件，其特征在于，所述晶种层(23)的厚度设置为50～200nm。

5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿电池组件，其特征在于，所述钙钛矿吸光层(24)的厚度设置为350～600nm。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种钙钛矿电池组件的制备方法，其特征在于，该方法为：将所述前盖板玻璃(1)、钙钛矿电池层(2)、封装胶膜(3)以及后盖板玻璃(4)依次层叠后进行层压成型，安装接线盒，即获得钙钛矿电池组件；

7.根据权利要求6所述的一种钙钛矿电池组件的制备方法，其特征在于，步骤s3中的退火温度为70～180℃，退火时间为15～30分钟。

技术总结本发明公开了一种钙钛矿电池组件及其制备方法，电池组件包括层叠的前盖板玻璃、钙钛矿电池层、封装胶膜及后盖板玻璃；钙钛矿电池层包括层叠设于前盖板玻璃上的透明导电层、第一电荷传输层、晶种层、钙钛矿吸光层、第二电荷传输层和背电极；晶种层用于为钙钛矿吸光层提供成核位点，以辅助钙钛矿吸光层的晶体生长；晶种层的材料与形成钙钛矿吸光层的材料相同或不同；不同之处在于：晶种层的材料中还包括添加剂。本发明提出的钙钛矿电池层的制备方法是一种利用晶种层辅助生长工艺来获得具有择优取向、大晶粒尺寸和较少晶界的钙钛矿薄膜电池的制备方法，该方法制备的钙钛矿薄膜电池的质量高，可以减少非辐射复合中心，增加电池组件的光电转换效率。技术研发人员：余海燕,初文静,林俊良,林金锡,林金汉受保护的技术使用者：亚玛顿（石家庄）新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9