钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统与流程

    技术2025-01-28  56


    本技术涉及太阳能电池,尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统。


    背景技术:

    1、钙钛矿材料由于其优异的光电特性而被用于太阳能电池、led、探测器等多种领域。钙钛矿的带隙可以调节至1.60至1.70ev,适用于与硅电池的串联或者并联叠层结构,从而超过肖克利极限,实现较高的光电转换效率。

    2、maxfaycs1-x-ypbizbr3-z钙钛矿是在太阳能电池中被广泛研究的结构,在电池工作过程中,光热及偏压因素共同施加下,将会发生i-离子的迁移和挥发性有机阳离子溢出。界面富i-促进钙钛矿与电极反应,加快降解。x位阴离子直接影响钙钛矿的带边,因此用br-或cl-替代i-可调节带隙,然而,卤离子混合的钙钛矿因存在严重的富i-相偏析问题,需在有机无机混合钙钛矿的基础上利用掺杂离子改进钙钛矿的稳定性,例如替换成cspbi3全无机钙钛矿。

    3、然而,虽然cspbi3全无机钙钛矿可以作为一种提升稳定性的替代方案,但是其结晶速率过快而导致薄膜缺陷密度大大高于maxfaycs1-x-ypbizbr3-z,理论光电转换效率受限,并且在低温下容易发生相转变。另一方面,由于吡啶衍生物不进入晶格,钝化的方式抑制相分离的作用仅仅存在于晶界,无法达到体相抑制的作用。


    技术实现思路

    1、本技术实施例提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统,以解决或缓解上面提出的技术问题。

    2、第一方面,本技术实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池,包括钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层为abx3钙钛矿结构,所述abx3钙钛矿结构的b位离子一部分为过渡金属离子,所述过渡金属离子至少包括锰、钒、铁、锌、铕、钕中的一种二价阳离子。

    3、可选的,所述abx3钙钛矿结构的b位离子另一部分至少包括铅、镓、锡、钙中的一种二价阳离子;

    4、所述abx3钙钛矿结构的b位离子中过渡金属离子的摩尔占比为1%-10%。

    5、可选的,所述abx3钙钛矿结构为fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945mn0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.99eu0.01(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.9eu0.1(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945eu0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945eu0.0273nd0.0277(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945v0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945fe0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945zn0.055(i0.83br0.17)、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945mn0.0273zn.0277(i0.83br0.17)3中的任一种。

    6、可选的,a为一价阳离子,至少包括铯、铷、甲胺基、甲脒基中的一种一价阳离子;

    7、x为一价阴离子,至少包括碘、溴、氯、氟、硫氰根中的一种一价阴离子。

    8、可选的,所述钙钛矿吸光层的厚度为10~100μm,所述钙钛矿吸光层的带隙为0.9~3.0ev。

    9、可选的,还包括依次层叠的第一金属电极层、第一ito透明导电层、p型非晶硅层、单晶硅层、n型非晶硅层、第二ito透明导电层、空穴传输层;

    10、所述钙钛矿吸光层叠于所述空穴传输层的表面;

    11、还包括依次层叠于所述钙钛矿吸光层的电子传输层、sno2层、第三ito透明导电层、第二金属电极层。

    12、可选的,所述第一金属电极层和所述第二金属电极层均至少包括au、ag、al、cu、石墨烯中的一种;

    13、所述第一ito透明导电层、所述第二ito透明导电层、所述第三ito透明导电层均至少包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、钨掺杂氧化铟、氟掺杂氧化锡、铈掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、二氧化钛、氧化锡、纳米晶硅中的一种;

    14、所述空穴传输层至少包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸及其衍生物、2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚对苯二甲酸乙二醇酯、3-己基噻吩的聚合物、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、氧化镍、硫氰酸亚铜中的一种;

    15、所述电子传输层至少包括n型单晶硅、n型多晶硅、n型非晶硅、tio2、sno2、zno、zro2、镓锌氧化物、铟锌氧化物、氟掺杂氧化锡、铟锡氧化物、basno3、tisnox、snznox、富勒烯、富勒烯衍生物中的一种。

    16、第二方面,本技术实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法,用于制备上述的钙钛矿太阳能电池,所述制备方法包括:

    17、配置钙钛矿前驱体溶液,所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿材料、过渡金属盐、第一有机溶剂;

    18、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层的上表面,在旋涂过程中滴加第二有机溶剂,再置于基板上进行退火,形成钙钛矿吸光层。

    19、可选的,所述将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层的上表面;包括:

    20、以第一预设转速旋涂第一预设时长,而后以第二预设转速旋涂第二预设时长,而后以第三预设转速旋涂第三预设时长;

    21、所述第一预设转速为400-600rpm,所述第二预设转速为1900-2100rpm,所述第三预设转速为6900-7100rpm;

    22、所述第一预设时长为3-7s,所述第二预设时长为28-32s,所述第三预设时长为13-17s。

    23、可选的,所述第二有机溶剂至少包括氯苯、苯甲醚、乙酸乙酯中的一种。

    24、可选的,所述制备方法还包括:

    25、获取单晶硅层,并在单晶硅层的上表面沉积n型非晶硅层;

    26、在单晶硅层的下表面沉积p型非晶硅层;

    27、在n型非晶硅层的上表面沉积第二ito透明导电层;

    28、在p型非晶硅层的下表面沉积第一ito透明导电层;

    29、在第二ito透明导电层的上表面沉积空穴传输层;

    30、在沉积钙钛矿吸光层之后,所述方法还包括:

    31、在钙钛矿吸光层的上表面依次沉积电子传输层、sno2层、第三ito透明导电层、第二金属电极层;

    32、在第一ito透明导电层的下表面沉积第一金属电极层。

    33、第三方面,本技术实施例提供了一种光伏组件,包括如上所述的钙钛矿太阳能电池。

    34、第四方面,本技术实施例提供了一种光伏系统,包括上述的光伏组件。

    35、本技术实施例采用上述技术方案可以包括如下优势:

    36、本技术的钙钛矿吸光层为abx3钙钛矿结构,通过将abx3钙钛矿结构的b位离子一部分为过渡金属离子,可以起到稳定体相的作用,过渡金属离子填充的3d轨道与原b位离子-x反键态产生杂化,从而能够弱化原b位离子-x的反键态,即强化过渡金属离子-x键,可以从根本上抑制相变,对于提高钙钛矿的稳定性起着非常重要的作用,从而提升电池稳定性,即最终达到提升器件的性能的目的。


    技术特征:

    1.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于,包括钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层为abx3钙钛矿结构,所述abx3钙钛矿结构的b位离子一部分为过渡金属离子,所述过渡金属离子至少包括锰、钒、铁、锌、铕、钕中的一种二价阳离子。

    2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述abx3钙钛矿结构的b位离子另一部分至少包括铅、镓、锡、钙中的一种二价阳离子;

    3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述abx3钙钛矿结构为fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945mn0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.99eu0.01(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.9eu0.1(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945eu0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945eu0.0275nd0.0275(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945v0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945fe0.055(i0.83br0.17)3、fa0.83cs0.15ma 0.02pb0.945zn0.055(i0.83br0.17)、fa0.83cs0.15ma0.02pb0.945mn0.0275zn.0275(i0.83br0.17)3中的任一种。

    4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,还包括依次层叠的第一金属电极层、第一ito透明导电层、p型非晶硅层、单晶硅层、n型非晶硅层、第二ito透明导电层、空穴传输层;

    5.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法,用于制备如权利要求1~4任一项所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述制备方法包括:

    6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层的上表面;包括:

    7.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述第二有机溶剂至少包括氯苯、苯甲醚、乙酸乙酯中的一种。

    8.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括:

    9.一种光伏组件,其特征在于,包括权利要求1-4中任一项所述的钙钛矿太阳能电池。

    10.一种光伏系统,其特征在于,包括如权利要求9所述的光伏组件。


    技术总结
    本申请实施例提供钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统;该钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层为ABX<subgt;3</subgt;钙钛矿结构,所述ABX<subgt;3</subgt;钙钛矿结构的B位离子一部分为过渡金属离子,所述过渡金属离子至少包括锰、钒、铁、锌、铕、钕中的一种二价阳离子。本申请通过将ABX<subgt;3</subgt;钙钛矿结构的B位离子一部分为过渡金属离子,可以起到稳定体相的作用,过渡金属离子填充的3d轨道与原B位离子‑X反键态产生杂化,从而能够弱化原B位离子‑X的反键态,即强化过渡金属离子‑X键,可以从根本上抑制相变。

    技术研发人员:虞丹妮,傅予,陈啸,张学玲
    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:2024/10/24
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