一种基于高增透电极的可弯曲钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种基于高增透电极的可弯曲钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、光伏发电是最有希望缓解能源危机、代替化石燃料的能源之一，钙钛矿可采用有机-无机杂化，是最具有前景的新型光伏技术。

2、但是目前的钙钛矿太阳能电池主要采用fto薄膜、或者ito薄膜作为前电极，fto薄膜的厚度达到600～800nm才能实现较好的光电性能指标，且需要耗费大量的价格购买高纯f、sn材料,制造成本较高，镀膜时间较长，由于选材的问题仍然存在透光率低、方阻高、制备成本高的问题，且可弯曲钙钛矿电池性能相对不佳。

技术实现思路

1、本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种具有高透光电极的钙钛矿电池制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明一方面提供一种基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，所述钙钛矿电池由下至上依次包括：带有增透结构的柔性基底、微结构层、透明电极层、电子传输层、钙钛矿薄膜及修饰层、空穴传输层、顶电极层；

4、所述柔性基底为可弯曲玻璃，且上表面粗糙度为50～200nm；

5、所述增透结构为在柔性基底底面从上向下依次层叠的第一高折射层、第一低折射层、第二高折射层、第二低折射层；

6、所述第一高折射层、第二高折射层独立地为tiox、tioxny、taox、wox、nbox、zrox薄膜中的任意一种，厚度为20～200nm，折射率为2.0～2.6；

7、所述第一低折射层为sio2微球或mgo微球，直径为20～200nm，折射率为1.45～1.6；

8、所述第二低折射层为sio2、sioxny、mgo薄膜中的任意一种，厚度为10～100nm，折射率为1.45～1.7；

9、所述微结构层为sio2微球，直径为20～200nm，折射率范围为1.45～1.6；

10、所述透明电极层由从下向上依次层叠的第一金属氧化物薄膜、第一合金薄膜、第二金属氧化物薄膜和第二合金薄膜构成；

11、所述第一金属氧化物薄膜、第二金属氧化物薄膜独立地为zno、sno2、ito、azo薄膜中的任意两种以上组合，厚度为15～90nm；

12、所述第一合金薄膜由从下向上依次层叠的n离子掺杂合金薄膜和合金薄膜组成，厚度为5～20nm，所述n离子掺杂合金薄膜的厚度为2nm，n离子掺杂量为0.2％～0.5％，所述合金薄膜由zr、mo、v、w金属中的至少一种与ag金属合成，其中ag金属的质量分数为90％～99％；

13、所述第二合金薄膜为n离子掺杂合金薄膜，厚度为2～4nm，n离子掺杂量为0.1～0.6％，所述合金薄膜由zr、mo、v、w金属中的至少一种与ag金属合成，其中ag金属的质量分数为40％～50％。

14、上述技术方案中，进一步地，所述电子传输层为n或c掺杂tiox薄膜，厚度为30～200nm，并分布有球形氧化钛，球直径为20～180nm。

15、上述技术方案中，进一步地，所述钙钛矿薄膜及修饰层由钙钛矿薄膜和生长在钙钛矿薄膜表面的修饰层组成，所述钙钛矿薄膜为铯溴化铅(cspbbr3)、甲胺铅碘(mapbi3)、甲基溴化铅(mapbbr3)、甲基氯溴化铅(mapbbr3-xclx)、甲基氯碘化铅(mapbi3-xclx)、溴化铅(pbbr2)、甲基溴化铵(mabr)或溴化铯(csbr)薄膜，厚度为200～680nm，，所述修饰层为三甲基苯甲基碘化铵(tmpmai)、3-溴-n-甲基苄胺、烷基膦酸、卤化铵、tio2、zno薄膜中的任意一种，厚度为2～20nm。

16、上述技术方案中，进一步地，所述空穴传输层为氧化锌(zno)、氧化钪(sc2o3)或sno2薄膜，厚度为70～180nm。

17、上述技术方案中，进一步地，所述顶电极层为n离子掺杂合金薄膜，厚度2～4nm，n离子掺杂量为0.5％～2％，所述合金薄膜由zr、mo、v、w金属中的至少一种与ag金属合成，其中ag的质量百分比为80％～90％。

18、本发明另一方面提供一种上述的钙钛矿电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

19、步骤一、将柔性基底的上表面采用刻蚀液进行刻蚀处理；

20、步骤二、在柔性基底底面从上到下依次制备第一高折射层、第一低折射层、第二高折射层和第二低折射层；

21、步骤三、在柔性基底的上表面制备微结构层；

22、步骤四、在微结构层上由下到上依次制备第一金属氧化物薄膜、第一合金薄膜、第二金属氧化物薄膜和第二合金薄膜；

23、步骤五、采用溶胶-凝胶法或旋涂法在第二合金薄膜上制备电子传输层；

24、步骤六、在电子传输层上制备钙钛矿薄膜及修饰层；

25、步骤七、在钙钛矿薄膜及修饰层上制备空穴传输层；

26、步骤八、在空穴传输层上制备顶电极层。

27、上述技术方案中，进一步地，步骤一中，所述刻蚀处理采用的刻蚀液为氢氟酸与稀盐酸或草酸的混合溶液，或氢氟酸与的混合溶液，所述刻蚀液中氢氟酸的质量分数为20％～70％。

28、上述技术方案中，进一步地，步骤二中，所述第一高折射层、第二高折射层采用溶胶-凝胶法、旋涂法或磁控溅射法制备得到；

29、所述第一低折射层采用提拉法或刮涂法制备得到；

30、所述第二低折射层采用溶胶-凝胶法、旋涂法或磁控溅射法制备得到。

31、上述技术方案中，进一步地，步骤三中，所述微结构层采用提拉法或刮涂法制备得到。

32、上述技术方案中，进一步地，步骤四中，所述第一金属氧化物薄膜、第二金属氧化物薄膜采用共溅射法、化学气相沉积法或溶胶-凝胶法制备得到；所述第一合金薄膜、第二合金薄膜采用共溅射法、蒸镀法或金属有机化学气相沉积法制备得到。

33、上述技术方案中，进一步地，步骤五中，所述电子传输层采用溶胶-凝胶法或旋涂法制备得到。

34、本发明的有益效果为：

35、本发明显著地展现了生产便捷性以及产品的高度柔韧性，通过集成增透结构、柔性可弯折陷光基底、增透微结构层以及高透光率的透明电极层，本发明的制备过程无需加热，能在室温下高效完成，并且镀膜时间大幅缩短，极大地提高了生产效率。

36、特别是，透明电极层的设计不仅具有出色的透光性能，还具备极低的方阻，氧化物薄膜叠加金属合金薄膜并掺杂n离子，可有效起到减反增透作用、阻挡金属薄膜氧化、降低金属薄膜的成核势垒、提高电学性能基础上增强透光率；这一创新设计有效减少了光损失，从而显著提升了钙钛矿太阳能电池的发电功率。同时，增透基底与透明电极层的完美结合，进一步增强了光线的利用率，使电池性能得到优化。

37、本发明的太阳能电池具有卓越的柔韧性，整体结构可以轻松弯曲、变形甚至卷曲至曲率半径仅有几厘米的形态，甚至能够完全折叠，这得益于所采用的材料的卓越机械耐久性，即使在反复弯折的情况下，也不会出现断裂或留下痕迹，确保了电池在复杂环境下的可靠性和稳定性。

38、此外，本发明采用全固态材料构建，有效保障了钙钛矿太阳能电池的热稳定性，使其在高温环境下仍能保持优异的性能表现。这一创新设计不仅拓宽了电池的应用场景，还为其在极端环境下的稳定运行提供了坚实的保障。

39、综上所述，本发明以其独特的增透结构、柔性可弯折设计、高透光率透明电极层以及全固态材料构建，展现了在钙钛矿太阳能电池领域的卓越性能和创新优势，为太阳能电池的未来发展开辟了新的道路。

技术特征：

1.一种基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，其特征在于：所述钙钛矿电池由下至上依次包括：带有增透结构的柔性基底(1)、微结构层(2)、透明电极层(3)、电子传输层(4)、钙钛矿薄膜及修饰层(5)、空穴传输层(6)、顶电极层(7)；

2.根据权利要求1所述的基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，其特征在于：所述电子传输层(4)为n或c掺杂tiox薄膜，厚度为30～200nm，并分布有球形氧化钛，球直径为20～180nm。

3.根据权利要求1所述的基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，其特征在于：所述钙钛矿薄膜及修饰层(5)由钙钛矿薄膜和生长在钙钛矿薄膜表面的修饰层组成，所述钙钛矿薄膜为铯溴化铅、甲胺铅碘、甲基溴化铅、甲基氯溴化铅、甲基氯碘化铅、溴化铅、甲基溴化铵或溴化铯薄膜，厚度为200～680nm，所述修饰层为三甲基苯甲基碘化铵、3-溴-n-甲基苄胺、烷基膦酸、卤化铵、tio2、zno薄膜中的任意一种，厚度为2～20nm。

4.根据权利要求1所述的基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，其特征在于：所述空穴传输层(6)为氧化锌、氧化钪或sno2薄膜，厚度为70～180nm。

5.根据权利要求1所述的基于高增透电极的可弯曲钙钛矿电池，其特征在于：所述顶电极层(7)为n离子掺杂合金薄膜，厚度2～4nm，n离子掺杂量为0.5％～2％，所述合金薄膜由zr、mo、v、w金属中的至少一种与ag金属合成，其中ag的质量百分比为80％～90％。

6.一种权利要求1-5任一项所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述第一高折射层(01)、第二高折射层(03)采用溶胶-凝胶法、旋涂法或磁控溅射法制备得到；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述微结构层(2)采用提拉法或刮涂法制备得到。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述第一金属氧化物薄膜(31)、第二金属氧化物薄膜(33)采用共溅射法、化学气相沉积法或溶胶-凝胶法制备得到；所述第一合金薄膜(32)、第二合金薄膜(34)采用共溅射法、蒸镀法或金属有机化学气相沉积法制备得到。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述电子传输层(4)采用溶胶-凝胶法或旋涂法制备得到。

技术总结
本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种基于高增透电极的可弯曲钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿电池由下至上依次包括：带有增透结构的柔性基底、微结构层、透明电极层、电子传输层、钙钛矿薄膜及修饰层、空穴传输层、顶电极层。本发明具有生产方便，成品可弯曲、电极具有极高的透光率及更低的方阻、可提高电池发电功率，采用全固态材料以保障钙钛矿太阳能电池的热稳定性等优点。

技术研发人员：丁万昱,姚婷婷
受保护的技术使用者：大连交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5