一種大面積鈣鈦礦太陽電池組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽電池組件,尤其涉及一種大面積鈣鈦礦太陽電池組件,屬于太陽電池組件技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著全球生態(tài)環(huán)境和能源短缺問題的日益嚴峻,太陽能光伏發(fā)電受到各國普遍關注。目前,產(chǎn)業(yè)化晶體硅的電池轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定約19% (單晶)和17?18% (多晶),進一步提升效率存在技術和成本的制約瓶頸。盡管一些高效硅電池技術不斷得以提出,但是這些高效太陽電池制備工藝復雜、量產(chǎn)中品質(zhì)不易控制、對設備要求高,因此,難以實現(xiàn)量產(chǎn)。除了硅太陽電池以外,其它類型的化合物薄膜電池、有機太陽電池、染料敏化太陽電池等,其電池轉(zhuǎn)換效率多年來未有顯著突破。
[0003]近年來,一種稱之為“鈣鈦礦太陽電池”的新型電池技術引起了科研人員的廣泛關注,其電池轉(zhuǎn)換效率在短短的數(shù)年時間內(nèi)從3.8%提升至目前的19.3%,并以月為單位不斷刷新。鈣鈦礦體系是指一類與鈣鈦礦CaTi03具有相似晶體結構的有機-無機雜化物體系的總稱。鈣鈦礦具有復雜的電學和光學特性,從而使得具有不同工作機理的、構造各異的電池結構得到發(fā)展。其中包括基于敏化機理的太陽電池(mesoscopic sensitized solarcells)、無空穴傳輸層的 p-n 結太陽電池(HTM-free mesoscopic p-n solar cells)、介觀超級太陽電池(meso-superstructured solar cells)以及具有p-1-n結的平面異質(zhì)結太陽電池(planar heterojunct1n solar cells)。
[0004]盡管小面積鈣鈦礦太陽電池的效率不斷提升、電池結構趨于多樣化。然而,對于所有結構類型的鈣鈦礦太陽電池,隨著電池面積的大面積化,其電池的串聯(lián)電阻都會顯著升高,另外,簡單的工藝也會造成電池中缺陷的急劇增加,導致電池的開路電壓和填充因子隨著局部漏電流的升高而快速降低。同時,由于封裝結構的欠缺,現(xiàn)有鈣鈦礦太陽電池在實際環(huán)境條件下的存在不穩(wěn)定性問題。因此,對鈣鈦礦太陽電池進行合理的大面積化設計,并對其增加封裝結構,是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽電池組件的重要途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術中,小面積鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率快速提高,而大面積鈣鈦礦太陽電池電池組件的生產(chǎn)工藝卻非常復雜且穩(wěn)定性差的技術問題,提供一種大面積鈣鈦礦太陽電池組件,減少傳統(tǒng)串聯(lián)太陽電池組件中絕緣體/串聯(lián)導體/絕緣體的復雜工藝結構,降低串聯(lián)電阻對電池組件性能的影響,提高生產(chǎn)效率,促進鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展和應用。
[0006]為此,本實用新型采用如下技術方案:
[0007]一種大面積鈣鈦礦太陽電池組件,包括若干單體鈣鈦礦太陽電池(1)、封裝材料
(2)以及封裝基板(3),其特征在于:相鄰單體鈣鈦礦太陽電池極性相反地設置,相鄰單體鈣鈦礦太陽電池之間設置絕緣體(4)且相鄰單體鈣鈦礦太陽電池的正、負電極電連接。
[0008]進一步地,所述單體鈣鈦礦太陽電池(1)依次包括:作為負電極的光陽極、電子收集層(12)、光吸收層(13)、空穴傳輸層(14)、催化層(15)以及作為正電極的對電極,光陽極和對電極的通過一層導電層(11)將電子與空穴傳輸至外電路。
[0009]進一步地,光吸收層(13)由有機-無機類鈣鈦礦薄膜構成,有機-無機類鈣鈦礦可用(RNH3) BXJ3 ?表示,其中R為C ηΗ2η+1,η為彡1的自然數(shù);Β為Pb或Sn ;X、Y分別為鹵素Cl、Br或者I中的一種,m=l,2,3。
[0010]進一步地,在所述電子收集層(12)上設置有一層納米多孔薄膜支架層(16),所述光吸收層(13)分散吸附在該納米多孔薄膜支架層(16)上。
[0011 ] 進一步地,所述光吸收層(13)通過在納米多孔薄膜支架層(16)上旋涂或者印刷鈣鈦礦的分散液,經(jīng)70-170°C的燒結處理制備得到吸附在納米多孔薄膜支架層(16)表面的鈣鈦礦光吸收層;或者,在納米多孔薄膜支架層(16)上制備一層鈣鈦礦前驅(qū)反應物的薄膜,并將樣片浸于鈣鈦礦另一反應物的溶液,再經(jīng)70-170°C的燒結處理后,制備出吸附在納米多孔薄膜支架層(16)表面的鈣鈦礦光吸收層。
[0012]進一步地,所述封裝基板(3)至少有一側(cè)由玻璃構成,另一側(cè)由玻璃、陶瓷或者TPT聚氟乙烯復合膜構成。
[0013]進一步地,所述電子收集層(12)為一層致密的金屬氧化物半導體薄膜,通過旋涂法、絲網(wǎng)印刷、溶膠凝膠法、磁控濺射或者原子層沉積在導電層(11)上制膜,并經(jīng)過150-550 °C的燒結處理。
[0014]進一步地,所述空穴傳輸層(14)由Spiro-OMeTAD或PEDOT:PSS或Cul薄膜構成,通過旋涂、印刷空穴傳輸材料的分散液,并經(jīng)干燥處理,形成空穴傳輸層。其中,Spiro-OMeTAD為(2,2’,7,7’-tetrakis-(N, N-d1-p-methoxyphenyl-amine) -9, 9’-spirobifluorene)、PEDOT:PSS為(poly(3,4_ethylened1xyth1phene) polystyrene sulfonate)或Cul為碘化亞銅。
[0015]進一步地,所述催化層(15)是由一層形成在空穴傳輸層(14)上的金屬或非金屬的催化薄膜構成,該催化材料是Pt、Au、Ag或者炭黑,催化層通過濺射、蒸鍍或者絲網(wǎng)印刷方法形成。
[0016]進一步地,所述絕緣體(4)由玻璃、陶瓷、有機高分子材料。
[0017]本實用新型的大面積鈣鈦礦太陽電池組件,通過將相鄰電池組件單體極性相反地設置并通過導電層串聯(lián)起來,降低了串聯(lián)導體引入的歐姆接觸電阻對電池組件性能的影響,降低實際應用環(huán)境對鈣鈦礦太陽電池組件的損害,保證鈣鈦礦太陽電池組件的長期穩(wěn)定性;本實用新型的大面積鈣鈦礦太陽電池組件制備方法,通過通過合理的設計,在制備過程中織構化,使相鄰單體鈣鈦礦太陽電池極性反置同時相鄰單體鈣鈦礦太陽電池一側(cè)的通過作為電池一部分的導電層連接,實現(xiàn)無需額外串聯(lián)導體連結的W型串聯(lián)鈣鈦礦太陽電池組件,從而減小串聯(lián)導體引入的歐姆接觸電阻對電池組件性能的影響;通過大面積電池組件的封裝,降低實際應用環(huán)境對鈣鈦礦太陽電池組件的損害,保證鈣鈦礦太陽電池組件的長期穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的大面積鈣鈦礦太陽電池組件的結構示意圖;
[0019]圖2為本實用新型的單體鈣鈦礦太陽電池的結構示意圖一
[0020]圖3為本實用新型的單體鈣鈦礦太陽電池的又一結構示意圖;
[0021]其中,1為單體鈣鈦礦太陽電池,11為導電層,11a為上導電層,lib為下導電層,12為電子收集層,13為光吸收層,14為空穴傳輸層,15為催化層,16為納米多孔薄膜支架層,2為封裝材料,3為封裝基板,4為絕緣體。
【具體實施方式】
[0022]為了使本技術領域的人員更好的理解本實用新型方案,下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整的描述,本實用新型中與現(xiàn)有技術相同的部分將參考現(xiàn)有技術。
[0023]實施例1:
[0024]如圖1所示,以由三個單體鈣鈦礦太陽電池1串聯(lián)形成的電池組件為例,本實施例的大面積鈣鈦礦太陽電池組件,包括三個單體鈣鈦礦太陽電池1、封裝材料2以及封裝基板3,三個單體鈣鈦礦太陽電池1極性相反地設置。
[0025]如圖2所示,單體鈣鈦礦太陽電池1依次包括:作為負電極的光陽極、電子收集層12、光吸收層13、空穴傳輸層14、催化層15以及作為正電極的對電極,光陽極和對電極的通過一層導電層11將電子與空穴傳輸至外電路;在本實施例中,導電層11為ΙΤ0或者FT0,是一層透明的薄膜。光吸收層13由有機-無機類鈣鈦礦薄膜構成,有機-無機類鈣鈦礦可用(RNH3) BXJ3 ?表示,其中R為C ηΗ2η+1,η為彡1的自然數(shù);Β為Pb或Sn ;Χ、Υ分別為鹵素C1、Br或者I中的一種,m=l,2,3。
[0026]電子收集層12為一層致密的金屬氧化物半導體薄膜,優(yōu)選Ti02,通過旋涂法、絲網(wǎng)印刷、溶膠凝膠法、磁控濺射或者原子層沉積在導電層11上制膜,并經(jīng)過150-550°C的燒結處理形成。
[0027]如圖2所示,在電子收集層12上還設置有一層納米多孔薄膜支架層16,所述光吸收層13分散吸附在該納米多孔薄膜支架層16上;具體地,光吸收層13通過在納米多孔薄膜支架層16上旋涂或者印刷鈣鈦礦的分散液,經(jīng)70-170°C的燒結處理制備得到分散吸附在納米多孔薄膜支架層16表面的鈣鈦礦光吸收層;
[0028]或者,在納米多孔薄膜支架層16上制備一層鈣鈦礦前驅(qū)反應物的薄膜,并將樣片浸于鈣鈦礦另一反應物的溶液,再經(jīng)70-170°C的燒結處理后,制備出分散吸附在納米多孔薄膜支架層16表面的鈣鈦礦光吸收層。具體地,如,可通過下述步驟實現(xiàn):首先將含有碘化鉛Pbl的反應物溶液形成在納米多孔薄膜支架層16表面,經(jīng)70-100°C燒結后,將樣片浸于含有碘化甲胺CH3NH3I的另一反應物溶液中,取出后再經(jīng)70-170°C的燒結處理后,制備出吸附在納米多孔薄膜支架