專利名稱:一種鈣鈦礦太陽能電池組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鈣鈦礦太陽能電池組件，包括依次并列的導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層以及金屬電極層，特點是：金屬電極層后方粘接有金屬反光層，金屬反光層通過沙林膜或紫外固化與金屬電極層連接，金屬反光層的厚度為100～300納米；優(yōu)點是：底層增加了金屬反光層，能夠?qū)⒉糠滞干溥^鈣鈦礦太陽能電池的太陽光再次反射進入太陽能電池器件，促進電池對太陽光的再次吸收利用，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】
一種鈣鈦礦太陽能電池組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鈣鈦礦太陽能電池組件。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦太陽能電池由于其成本低、性能好、制備簡單而受到科研以及產(chǎn)業(yè)界的高度重視。鈣鈦礦材料從2009年用于太陽能電池以來，已取得較大發(fā)展，至今最高轉(zhuǎn)換效率已超過20 %。
[0003]目前鈣鈦礦太陽能電池有多種結(jié)構(gòu)，各種結(jié)構(gòu)的核心是具有鈣鈦礦晶型(ABX3)的有機金屬鹵化物吸光材料。在這種鈣鈦礦晶型ABX3的結(jié)構(gòu)中，A為甲胺基(CH3NH3)，B為金屬鉛原子，X為氯、溴、碘等鹵素原子。目前在高效鈣鈦礦型太陽能電池中，最常見的鈣鈦礦材料是碘化鉛甲胺(CH3NH3PbI3),這種材料制備簡單，在常溫下通過旋涂即可獲得均勻薄膜。鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)不僅可以實現(xiàn)對可見光和部分近紅外光的吸收，而且所產(chǎn)生的光生載流子不易復(fù)合，能量損失小，這是鈣鈦礦型太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的根本原因。
[0004]在鈣鈦礦太陽能電池的多種結(jié)構(gòu)中，膜層相對較厚的含多孔二氧化鈦的介觀電池的常見結(jié)構(gòu)是由依次并列的導(dǎo)電玻璃層、致密二氧化鈦膜、多孔二氧化鈦膜、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層和金屬電極層構(gòu)成。由于過厚的膜層不利于載流子的傳輸，因此由上述結(jié)構(gòu)得到的鈣鈦礦太陽能電池的厚度也僅約為600納米，其中金屬電極層只有約100納米。
[0005]太陽光的利用率決定著鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。雖然鈣鈦礦材料的消光系數(shù)較高，而且金屬電極層具有一定的反光作用，能將一部分透射到銀電極的太陽光反射回去，但是由于整體的鈣鈦礦太陽能電池器件厚度極薄，且各個組成膜層均有一定的透光性，底層的只有約為100納米的金屬電極層無法充分反射透射的太陽光。因此，造成鈣鈦礦太陽能電池對太陽光的利用率不夠高，鈣鈦礦太陽能電池只能利用一部分的太陽光，從而在一定程度上制約了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種鈣鈦礦太陽能電池組件，能夠?qū)⒉糠执┻^鈣鈦礦太陽能電池的太陽光反射回電池，促進電池對太陽光的再次吸收利用，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鈣鈦礦太陽能電池組件，包括依次并列的導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層以及金屬電極層，其特征在于，所述金屬電極層后方粘接有金屬反光層。由此，在太陽光照射的底層增加了金屬反光層，能夠?qū)⒋┻^鈣鈦礦太陽能電池上方膜層的太陽光反射回電池，從而增加對透射光的再次利用，促進鈣鈦礦太陽能電池對太陽光的再次吸收，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0008]在一些實施方式中，所述金屬反光層通過沙林膜或紫外固化與所述金屬電極層粘接。由此，可以使金屬反光層粘接在金屬電極層后方。
[0009]在一些實施方式中，所述金屬反光層的厚度為100?300納米。由此，I丐鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果。
[0010]在一些實施方式中，所述導(dǎo)電玻璃層和所述鈣鈦礦吸光層之間設(shè)置有電子傳輸層。
[0011]在一些實施方式中，所述電子傳輸層為致密二氧化鈦膜，所述致密二氧化鈦膜和所述鈣鈦礦吸光層之間設(shè)置有多孔二氧化鈦膜，所述致密二氧化鈦膜的厚度為20?200納米，所述多孔二氧化鈦膜的厚度為200納米?I微米。由此，鈣鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果O
[0012]在一些實施方式中，所述電子傳輸層為氧化鋅膜，所述氧化鋅膜的厚度為20?200納米。由此，鈣鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果。
[0013]在一些實施方式中，所述鈣鈦礦層為甲胺鉛碘多晶膜，所述甲胺鉛碘多晶膜的厚度為200納米?I微米。由此，鈣鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果。
[0014]在一些實施方式中，所述空穴傳輸材料層的材料為spiro-MeOTAD，所述空穴傳輸材料層的厚度為50?500納米。由此，鈣鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果。
[0015]在一些實施方式中，所述金屬電極層為銀電極層，所述銀電極層的厚度為50?200納米。由此，鈣鈦礦太陽能電池具有較優(yōu)的效果。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:在鈣鈦礦太陽能電池的底部增加了金屬反光層，能夠?qū)⒋┻^鈣鈦礦太陽能電池上部膜層的太陽光反射回電池，從而增加對透射光的再次利用，促進鈣鈦礦太陽能電池對太陽光的再次吸收，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且本實用新型的結(jié)構(gòu)以及制備工藝簡單合理，使用方便。
【附圖說明】

[0017]圖1為本實用新型一實施例的一種鈣鈦礦太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為未加金屬反光層的一種鈣鈦礦太陽能電池組件的原理示意圖；
[0019]圖3為本實用新型增加金屬反光層的一種鈣鈦礦太陽能電池組件的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但不作為對本實用新型的限定。
[0021]如圖1所示，一種鈣鈦礦太陽能電池組件，沿太陽光射入方向從上至下依次包括:導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層、金屬電極層以及金屬反光層，金屬反光層設(shè)置在金屬電極層下方，金屬反光層通過沙林膜或紫外固化法與金屬電極層粘接成整體。圖2中，一種鈣鈦礦太陽能電池組件，沿太陽光射入方向從上至下依次包括:導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層以及金屬電極層。圖3中，一種鈣鈦礦太陽能電池組件，沿太陽光射入方向從上至下依次包括:導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層、金屬電極層以及金屬反光層。
[0022]本實施例中，導(dǎo)電玻璃層和鈣鈦礦吸光層之間設(shè)置有電子傳輸層，電子傳輸層為致密二氧化鈦膜，致密二氧化鈦膜和鈣鈦礦吸光層之間還設(shè)置有配合使用的多孔二氧化鈦膜。在其他實施例中，電子傳輸層還可以是氧化鋅膜。本實施例中，鈣鈦礦吸光層為甲胺鉛碘多晶膜，空穴傳輸材料層的材料為叩化0-1^(^40(2，2’7，7’-仏化&1^80川-(^1-methoxyphenylamine)-9,9'-spirobif luorene) (CAS: 207739-72-8)，金屬電極層為銀電極層。金屬反光層的材料選用熔沸點低并且反光性強的金屬，優(yōu)選為金屬銀、金屬鋁，本實施例中金屬反光層的材料為銀。利用蒸鍍的方法在高真空(3X10—4?2X10—3Pa)條件下將銀加熱，使其熔融、蒸發(fā)，冷卻后在表面平整的玻璃或塑料面板上形成金屬薄膜，待冷卻后取出，將其作為金屬反光層，在其他實施例中，還可以用化學(xué)鍍等方法制作金屬反光層。上述導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層和銀電極層的制備及連接方式均為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，將這些膜層置于得到的金屬反光層上方，然后用沙林膜或者紫外固化法進行整體封裝。
[0023]作為優(yōu)選，致密二氧化鈦膜的厚度為20?200納米，多孔二氧化鈦膜的厚度為200納米?I微米。
[0024]氧化鋅膜的厚度為20?200納米。
[0025]甲胺鉛碘多晶膜的厚度為200納米?I微米。
[0026]空穴傳輸材料層的厚度為50?500納米。
[0027]銀電極層的厚度為50?200納米。
[0028]金屬反光層的厚度為100?300納米。
[0029]本實用新型的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，使用時，太陽光自上而下經(jīng)過導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層、銀電極層到達金屬反光層，金屬反光層能夠?qū)⒋┻^鈣鈦礦太陽能電池上部膜層的太陽光反射回電池，從而增加對透射光的再次利用，促進鈣鈦礦太陽能電池對太陽光的再次吸收，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且本實用新型結(jié)構(gòu)簡單合理，使用方便。
[0030]實施例1:制備用金屬銀蒸鍍而成的金屬反光層，用于一種含多孔二氧化鈦膜的鈣鈦礦太陽能電池。
[0031]首先，使用溶膠凝膠法在導(dǎo)電玻璃上旋涂上一層致密二氧化鈦膜，厚度為100納米;300-500 0C高溫處理后在致密二氧化鈦膜上再涂覆一層多孔二氧化鈦膜，厚度為200納米，500°C高溫?zé)Y(jié)后備用。
[0032]然后，將CH3NH31和PbC12以3:1的摩爾比例溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用勻膠機將上述混合后的溶液沉積在多孔二氧化鈦膜上，通過控制溫度在60°C?100°C，使得結(jié)晶成為甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)多晶膜。將空穴傳輸材料spiro-MeOTAD的氯苯溶液(濃度為72.3mg/ml)均勻地旋涂在甲胺鉛碘多晶膜上。
[0033]使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層，得到鈣鈦礦太陽能電池的主體部分。
[0034]本實施例中，上述的致密二氧化鈦膜厚度為100納米，多孔二氧化鈦膜厚度為200納米，甲胺鉛碘多晶膜厚度為300納米，空穴傳輸材料層厚度為80納米，銀電極層厚度為100納米。
[0035]使用蒸鍍的方法，在高真空(3X10—4?2X10—3Pa)下對金屬銀加熱，使其熔融、蒸發(fā)，冷卻后在表面平整的玻璃上表面形成金屬銀薄膜，待冷卻后取出，將其作為金屬反光層。
[0036]最后，將上述鈣鈦礦太陽能電池的主體部分置于金屬反光層之上，用紫外固化法進行整體封裝，得到本實用新型的一種鈣鈦礦太陽能電池組件。
[0037]本實施例中，測得封裝后的鈣鈦礦太陽能電池的主體部分厚度為600納米，蒸鍍銀金屬反光層厚度為100納米。
[0038]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽光，光強為95.6mff/cm2 (太陽光模擬器型號:Newport 91192A)條件下，測得增加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池(有效光照面積為
0.07?112)的光電轉(zhuǎn)換效率為8.94%(短路電流密度19.9011^/0112，開路電壓0.917￥，填充因子
0.483)，比未加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池效率(8.40%，短路電流密度20.0lmA/cm2，開路電壓0.903V，填充因子0.456)提高了約7%。提高的原因主要是金屬反光層將透射過電池器件的太陽光反射回電池器件中，對透射光進行再次利用，從而提高了電池填充因子、開路電壓與光電轉(zhuǎn)換效率。
[0039]實施例2:制備用金屬銀蒸鍍而成的金屬反光層，用于一種不含電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。
[0040]首先，將CH3NH31和PbC12以3:1的摩爾比例溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用勻膠機將上述混合后的溶液沉積在導(dǎo)電玻璃層上，通過控制溫度在60°C?100°C，使得結(jié)晶成為甲胺鉛碘(CH3NH3PbI 3)多晶膜。將空穴傳輸材料sp iro-MeOTAD的氯苯溶液(濃度為72.3mg/ml)均勻地旋涂在甲胺鉛碘多晶膜上。
[0041]使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層，得到鈣鈦礦太陽能電池的主體部分。
[0042]本實施例中，上述的甲胺鉛碘多晶膜厚度為300納米，空穴傳輸材料層厚度為80納米，銀電極層厚度為100納米。
[0043]使用蒸鍍的方法在高真空下對金屬銀加熱，使其熔融、蒸發(fā)，冷卻后在表面平整的玻璃上表面形成金屬銀薄膜，待冷卻后取出，將其作為金屬反光層。
[0044]最后，將上述鈣鈦礦太陽能電池的主體部分置于金屬反光層之上，用紫外固化法進行整體封裝，得到本實用新型的一種鈣鈦礦太陽能電池組件。
[0045]本實施例中，測得封裝后的鈣鈦礦太陽能電池的主體部分厚度為400納米，蒸鍍銀金屬反光層厚度為100納米。
[0046]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽光，光強為95.6mff/cm2 (太陽光模擬器型號:Newport 91192A)條件下，測得增加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為7.34% (短路電流密度20.51mA/cm2，開路電壓0.860V，填充因子
0.409)，比未加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池效率(5.60%，短路電流密度20.1OmA/cm2，開路電壓0.733V，填充因子0.373)提高了約30%。提高的原因主要是金屬反光層將透射過電池器件的太陽光反射回電池器件中，對透射光進行再次利用，從而提高了電池填充因子、開路電壓與光電轉(zhuǎn)換效率。
[0047]實施例3:制備用金屬銀蒸鍍而成的金屬反光層，用于一種不含電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。
[0048]首先，使用溶膠凝膠法在導(dǎo)電玻璃上旋涂上一層氧化鋅膜，厚度為100納米，200°C高溫?zé)Y(jié)后備用。
[0049]將CH3NH31和PbCl2以3:1的摩爾比例溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，使用勻膠機將上述混合后的溶液沉積在氧化鋅膜上，通過控制溫度在60°C?100°C，使得結(jié)晶成為甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)多晶膜。將空穴傳輸材料spiro-MeOTAD的氯苯溶液(濃度為72.3mg/ml)均勻地旋涂在甲胺鉛碘多晶膜上。
[0050]使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層，得到鈣鈦礦太陽能電池的主體部分。
[0051 ]本實施例中，上述的氧化鋅膜厚度為100納米，甲胺鉛碘多晶膜厚度為300納米，空穴傳輸材料層厚度為80納米，銀電極層厚度為100納米。
[0052]使用蒸鍍的方法在高真空下對金屬銀加熱，使其熔融、蒸發(fā)，冷卻后在表面平整的玻璃上表面形成金屬銀薄膜，待冷卻后取出，將其作為金屬反光層。
[0053]最后，將上述鈣鈦礦太陽能電池的主體部分置于金屬反光層之上，用紫外固化法進行整體封裝，得到本實用新型的一種鈣鈦礦太陽能電池組件。
[0054]本實施例中，測得封裝后的鈣鈦礦太陽能電池的主體部分厚度為600納米，蒸鍍銀金屬反光層厚度為100納米。
[0055]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽光，光強為95.6mff/cm2 (太陽光模擬器型號:Newport 91192A)條件下，測得增加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為3.93% (短路電流密度10.20mA/cm2，開路電壓0.776V，填充因子
0.490),比未加金屬反光層的鈣鈦礦太陽能電池效率(2.36%，短路電流密度7.30mA/cm2，開路電壓0.762V，填充因子0.414)提高了約60%。提高的原因主要是金屬反光層將透射過電池器件的太陽光反射回電池器件中，對透射光進行再次利用，從而提高了電池填充因子、開路電壓與光電轉(zhuǎn)換效率。
[0056]值得注意的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非因此限定本實用新型的專利保護范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種鈣鈦礦太陽能電池組件，包括依次并列的導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸材料層以及金屬電極層，其特征在于，所述金屬電極層后方粘接有金屬反光層。2.如權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述金屬反光層通過沙林膜或紫外固化與所述金屬電極層粘接。3.如權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述金屬反光層的厚度為100?300納米。4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述導(dǎo)電玻璃層和所述鈣鈦礦吸光層之間設(shè)置有電子傳輸層。5.如權(quán)利要求4所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述電子傳輸層為致密二氧化鈦膜，所述致密二氧化鈦膜和所述鈣鈦礦吸光層之間設(shè)置有多孔二氧化鈦膜，所述致密二氧化鈦膜的厚度為20?200納米，所述多孔二氧化鈦膜的厚度為200納米?I微米。6.如權(quán)利要求4所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述電子傳輸層為氧化鋅膜，所述氧化鋅膜的厚度為20?200納米。7.如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述鈣鈦礦層為甲胺鉛碘多晶膜，所述甲胺鉛碘多晶膜的厚度為200納米?I微米。8.如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述空穴傳輸材料層的材料為spiro-MeOTAD，所述空穴傳輸材料層的厚度為50?500納米。9.如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種鈣鈦礦太陽能電池組件，其特征在于，所述金屬電極層為銀電極層，所述銀電極層的厚度為50?200納米。
【文檔編號】H01L51/44GK205723637SQ201620179353
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】陳冬, 諸躍進, 張京, 黃孝坤, 王鵬, 武旺中, 應(yīng)俏雯
【申請人】寧波大學(xué)