一种钙钛矿太阳能电池模组及其制作方法

【技术领域】

本申请属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池模组及其制作方法。

【背景技术】

钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，其利用钙钛矿结构材料作为光电转换材料，可以将太阳光转化为电能，电池的核心是光电转换层，其中最常用的材料是有机无机混合钙钛矿，这种材料具有良好的光吸收性能和电荷传输性能，能够有效地将太阳光转化为电能。钙钛矿电池的制备成本低，相较于传统太阳能电池的制备工艺，钙钛矿电池的制备工艺更加简单，所需材料也相对较少。钙钛矿电池是一种有着巨大潜力的新型太阳能电池技术，有望在未来成为太阳能电池技术的主流之一。因此，需要进一步研究和改进钙钛矿材料的制备工艺，提高其稳定性和环境友好性。

现有技术中，钙钛矿模组往往将已经制备好的钙钛矿层及其他器件功能层刻蚀掉，使得暴露出部分的底层透明导电电极，然而这一步骤同时也会使得切割截面的钙钛矿随之暴露在空气中。常规金属电极制备完成之后，结构上电极与刻蚀处两侧的钙钛矿功能层直接接触，此时钙钛矿中卤素容易扩散与电极发生反应，易导致模组的稳定性降低。并且单结电池钙钛矿直接与电极接触容易导致并联电阻增加，易产生漏电，多结叠层由于隧穿结的存在直接与电极接触容易导致漏电流增加等问题。

由于在钙钛矿太阳能电池中，为了提高光电转化效率，通常需要使用金属卤化物作为染料或光敏剂等，这些金属卤化物可能会从切割截面处暴露，对材料和设备产生腐蚀性影响，存在腐蚀蒸镀设备腔室的问题。

另外，目前钙钛矿电池模组采用薄膜太阳能电池常用的第一、第二、第三激光刻线方式来实现电池的串并联连接，该刻线方式会产生死区，降低电池的受光面积。为了实现钙钛矿电池组件光电转换效率的提升以及稳定性的增强，也需要对钙钛矿电池的激光刻线工艺进行改善。

【发明内容】

本申请的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池模组，其能够将金属电极和器件功能层分离开从而提高器件稳定性，并且能够减少钙钛矿电池的死区，另外还提供该钙钛矿太阳能电池模组的制作方法，方法可以使用涂布工艺进行，相关方法简单且易于图形化，通过简便的方法实现模组的制备。

本申请的目的是通过以下技术方案实现，本申请提供了一种钙钛矿太阳能电池模组，包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿功能层、空穴传输层、顶电极层，其中∶

所述透明导电层包括将其分割的第一切割线槽；

所述电子传输层、所述钙钛矿功能层及所述空穴传输层依次覆盖在透明导电层上，通过第二切割线槽将所述电子传输层、所述钙钛矿功能层及所述空穴传输层分割，所述第二切割线槽的两侧设有隔离层，所述隔离层由胶类材料填充所述第二切割线槽，通过图形化工艺在所述第二切割线槽两侧形成；

所述顶电极层覆盖在所述空穴传输层上，所述顶电极层通过第三切割线槽进行分隔。

在其中一个实施例中，所述顶电极层中的第三切割线槽位置对应所述第二切割线槽的一侧的隔离层的位置。

在其中一个实施例中，所述第三切割线槽对应电极边缘的隔离层的位置。

在其中一个实施例中，所述顶电极层中的第三切割线槽的宽度与其对应所述第二切割线槽的一侧的隔离层的宽度相同。

在其中一个实施例中，所述第三切割线槽中填充与所述隔离层相同的材料。

本申请还提供一种钙钛矿太阳能电池模组的制作方法，包括如下步骤：

步骤S1，在衬底上形成透明导电层，通过切割形成第一切割线槽，以将透明导电层图形化；

步骤S2，在图形化后的透明导电层上形成电子传输层、钙钛矿功能层、空穴传输层；

步骤S3，通过切割形成第二切割线槽，以将所述电子传输层、所述钙钛矿功能层及所述空穴传输层分割；

步骤S4，在所述空穴传输层上施加胶类材料，使胶类材料填充满所述第二切割线槽，通过图形化工艺，在所述第二切割线槽的两侧形成隔离层；

步骤S5，在步骤S4得到的结构上形成顶电极层，通过切割形成第三切割线槽，将顶电极层分割。

在其中一个实施例中，所述步骤S4中图形化工艺过程中的中心轴线位置与所述步骤S3中第二切割线槽的中心轴线位置的投影不重叠，以使得两侧隔离层的厚度不同。

在其中一个实施例中，所述步骤S5中第三切割线槽的位置对应所述第二切割线槽对应电极边缘的隔离层的位置。

在其中一个实施例中，所述步骤S5中第三切割线槽的位置对应所述第二切割线槽的一侧的厚度更薄的隔离层的位置。

在其中一个实施例中，所述第三切割线槽切割至所述透明导电层。

在其中一个实施例中，所述步骤S5之后还包括在所述第三切割线槽内填充胶类材料的步骤，填充胶类材料后进行固化。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：增加胶类材料形成的阻挡层，将金属电极和器件功能层分离开从而提高器件稳定性，通过设置隔离层，也可以避免作为染料或光敏剂等的金属卤化物对材料和设备产生腐蚀性影响；阻挡层采用胶类材料，可以使用涂布工艺进行，相关方法简单且易于图形化。

另外，本申请还进一步将第三切割线槽切割的位置设置在对应一侧隔离层的位置，减少钙钛矿电池的死区，增加受光面积，从而提高太阳能电池的效率，结合通过胶类材料形成隔离层的方式，提供了一种简单且易于产业化的钙钛矿太阳能电池模组制备方法。

【附图说明】

图1是本申请的钙钛矿太阳能电池模组的结构示意图。

图2是本申请一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的结构流程图。

图3是本申请一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的流程图。

图4是本申请另一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的结构流程图。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1是本申请的钙钛矿太阳能电池模组的结构示意图，本申请的一较佳实施例中的钙钛矿太阳能电池模组，其能够将金属电极和器件功能层分离开从而提高器件稳定性。

具体的，本申请提供的一种钙钛矿太阳能电池模组包括衬底1、透明导电层2、电子传输层3、钙钛矿功能层4、空穴传输层5、顶电极层8，其中：

衬底1可以选择本领域常用的衬底，例如选择玻璃材质衬底。在衬底上可以设置透明导电层2，相关材料可以是氧化铟锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)和氧化锌铟(IZO)。

所述透明导电层2包括将其分割的第一切割线槽10，可以通过切割形成第一切割线槽10，以将透明导电层2图形化，该切割线槽是为了分割小块子电池，通过配合进一步的划线，实现各小块子电池之间串联，可以提高钙钛矿太阳能电池模组的输出电压、降低电流；第一切割线槽10的宽度范围可以选择30-400μm，第一切割线槽10的形成方式不作限制，本领域中通常采用激光划线方式，线槽的宽度可以根据激光的参数、刻划精度确定，后序的切割线槽都是本领域中采用的划线工艺，为了实现子电池之间的串联。

所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5依次覆盖在透明导电层2上，在本申请中，所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5不作过多的限制，本领域中使用的相关材料均可以应用到本申请的钙钛矿太阳能电池模组的结构中，钙钛矿功能层4与电子传输层3、空穴传输层5之间还可以包括界面修饰层，具体层的形成方法可以使用本领域常用的形成方法，通过第二切割线槽20将所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5分割，所述第二切割线槽20的两侧设有隔离层7，隔离层由胶类材料6填充所述第二切割线槽，通过图形化工艺在所述第二切割线槽两侧形成，胶类材料6的需要确保不与钙钛矿器件各层之间发生反应或相互作用，具体地，所述隔离层7可以选择光刻胶材料，先在形成了第二切割线槽20的层结构上涂布光刻胶层，通过曝光显影，在第二切割线槽20的两侧形成固化后的光刻胶材料，作为隔离层7。设置了隔离层7能够避免单结电池钙钛矿直接与电极接触，从而能够防止并联电阻的增加，避免在结构中产生漏电，并且能够避免多结叠层由于隧穿结的存在直接与电极接触，从而解决漏电流增加等问题。并且光刻胶施加、曝光显影工艺方法是较成熟的制程，将其应用至本申请的场景中，只需作适应性的调整，可以实现生产工艺的简化。

本申请中所指的胶类材料是指具有流动性、后续可以通过各种方式使其固化成为固态的材料，具体使用方式为在流动状态下使材料进入第二切割线槽，进入切割线槽后使胶类材料固化，在胶类材料固化后可以通过刻蚀等方法形成所期望的图形或图案。

所述顶电极层8覆盖在所述空穴传输层5上，将第二切割线槽20填充满，所述顶电极层8通过第三切割线槽30进行分隔，通过各个切割线槽实现子电池的串联，各线槽的宽度、第一切割线槽10和第二切割线槽20之间的间距均是可以根据需求以及激光精度进行常规选择，本申请不作过多的限制。

在其中一个实施例中，所述顶电极层8中的第三切割线槽30位置对应所述第二切割线槽20的一侧的隔离层的位置。在该方式下，第三切割线槽30的位置对应相对远离相邻的第一切割线槽10的一侧的隔离层，将第三切割线槽30的位置对应隔离层的位置，可以避免额外位置形成第三切割线槽30而导致出现死区。具体地，第三切割线槽30对应电极边缘的隔离层的位置，顶电极层8可以选择金属材料，具体的材料可以选择铝、铜、银或金，本申请不作过多限定。

在其中一个实施例中，所述第二切割线槽20两侧的隔离层7具有不同的厚度，两侧的隔离层7采用不同的厚度，可以配合后序的第三切割线槽的宽度，只需要调整曝光显影或刻蚀的位置，控制一侧的隔离层7厚度尺寸与第三切割线槽30宽度对应，另外，由于第三切割线槽也会被填充与隔离层7相同的胶类材料，例如光刻胶，因此与顶电极层8接触的两侧的光刻胶材料高度不一致，因此通过宽度的不同来平衡高度的不同所带来的内部应力的不均衡，从而提高结构的稳定性。

在其中一个实施例中，所述顶电极层8中的第三切割线槽30位置对应所述第二切割线槽20的一侧的隔离层7的位置，所述第三切割线槽30的宽度与隔离层7的宽度相同。进一步地，所述第三切割线槽30中填充与所述隔离层7相同的材料，由于所述第三切割线槽30的宽度以及填充的材料与在所述第三切割线槽30位置的隔离层的宽度相同，使顶电极层8与第三切割线槽30以及隔离层接触的面为一个平面，不存在凹凸、尖嘴结构等，避免出现尖端结构，防止电场强度的变化或突变对电性能或太阳能电池模组结构的影响。

请参阅图2、图3，图2是本申请一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的结构流程图，图3是本申请一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的流程图，本申请还提供一种钙钛矿太阳能电池模组的制作方法，包括如下步骤：

步骤S1，在衬底1上形成透明导电层2，通过切割形成第一切割线槽10，以将透明导电层2图形化；衬底1可以选择本领域常用的衬底，例如选择玻璃材质衬底，在衬底上可以设置透明导电层2，将透明导电层2图形化，该切割线槽是为了分割小块子电池，通过配合进一步的划线，实现各小块子电池之间串联。

步骤S2，在图形化后的透明导电层2上形成电子传输层3、钙钛矿功能层4、空穴传输层5，所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5依次覆盖在透明导电层2上；

步骤S3，通过切割形成第二切割线槽20，以将所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5分割；

步骤S4，在所述空穴传输层5上施加胶类材料6，使胶类材料6填充满所述第二切割线槽20，通过图形化工艺，所述图形化工艺包括将胶类材料固化，固化后进行刻蚀从而形成所需要的图形，通过上述方法在所述第二切割线槽20的两侧形成隔离层7，通过第二切割线槽20将所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5分割，所述第二切割线槽20的两侧设有隔离层7，具体地，所述隔离层7可以选择光刻胶材料，先在形成了第二切割线槽20的层结构上涂布光刻胶层，通过曝光显影，在第二切割线槽20的两侧形成光刻胶材料，作为隔离层7；

步骤S5，在步骤S4得到的结构上形成顶电极层8，通过切割形成第三切割线槽30，将顶电极层8分割，所述顶电极层8通过第三切割线槽30进行分隔，通过各个切割线槽实现子电池的串联。

这些步骤中的具体参数可以根据需要进行选择，可以根据具体产品设计而定，不同型号的产品设置所期望的参数，例如各个层的厚度、各切割线槽的宽度、各切割线槽之间的间距等，本申请对此不作过多限定。

在其中一个实施例中，所述步骤S4中在第二切割线槽20内形成隔离层7的曝光显影或刻蚀的中心轴线位置与所述步骤S3中第二切割线槽20的中心轴线位置的投影不重叠，以使得两侧隔离层7的厚度不同。该步骤中，使用曝光显影或刻蚀的中心轴线偏移的方式，使第二切割线槽20两侧的隔离层7厚度不同。隔离层7的最低厚度需要能够保证钙钛矿中卤素不向外扩散，能够防止染料或光敏剂等从切割截面处暴露，起到防止漏电流增加、污染等问题。

在其中一个实施例中，所述步骤S5中第三切割线槽30的位置对应所述第二切割线槽20的一侧的隔离层7的位置。在该方式下，第三切割线槽30的位置对应相对远离相邻的第一切割线槽10的一侧的隔离层7，通过配合隔离层7，将第三切割线槽30的位置对应隔离层7的位置，通过切割形成第三切割线槽30时，选择的切割宽度选择与对应隔离层7的宽度相同，在一个具体的方式下，可以选择切割至隔离层7，然后第三切割线槽内填充与隔离层7相同的材料，即填充光刻胶后进行曝光，在该方式下将对顶电极层8进行分隔的线槽位置对应设置在隔离层7的位置，不在另外的位置进行切割形成第三切割线槽30，可以避免第二切割线槽20和第三切割线槽30之间出现死区。

进一步参阅图4，图4是本申请另一个实施例中钙钛矿太阳能电池模组制备方法的结构流程图，在形成第三切割线槽30之前的步骤与前一个实施例保持一致，包括：

步骤S1，在衬底1上形成透明导电层2，通过切割形成第一切割线槽10，以将透明导电层2图形化；

步骤S2，在图形化后的透明导电层2上形成电子传输层3、钙钛矿功能层4、空穴传输层5；

步骤S3，通过切割形成第二切割线槽20，以将所述电子传输层3、所述钙钛矿功能层4及所述空穴传输层5分割；

步骤S4，在所述空穴传输层5上施加胶类材料6，例如可以具体选择光刻胶，使胶类材料6填充满所述第二切割线槽20，通过曝光显影，在所述第二切割线槽20的两侧形成隔离层7；

在该实施例中，所述步骤S5中第三切割线槽30的位置对应所述第二切割线槽20的一侧的厚度更薄的隔离层7的位置。通过曝光显影或刻蚀产生不同厚度的隔离层7，更薄的隔离层7设置在远离第一切割线槽10的一侧，第三切割线槽30对应该隔离层7，第三切割线槽30的宽度可以选择等于对应隔离层7的宽度，最终形成的结构中，顶电极层8与第三切割线槽30以及隔离层7接触的面为一个平面。

在该实施例中，可以进一步优化切割方法，所述第三切割线槽30切割至所述透明导电层2，切割至所述透明导电层2与可以选择领域中目前使用的常规划线方式，例如使用激光划线方法形成的第三切割线槽30到达透明导电层2。

所述第三切割线槽30的宽度选择大于对应隔离层7的宽度，在所述第三切割线槽30切割至所述透明导电层2的过程中，可以将原先的隔离层7同时切割去除，由于选择了宽度更宽的第三切割线槽30，其能够容纳一定的对位误差，并且由于第三切割线槽30的宽度更宽，能够使得独立使所述第三切割线槽30形成从上至下的完整线槽，使线槽的侧壁呈一个完整的平面，尤其对于顶电极结构的侧壁的平面，该平面上不存在凹凸、尖嘴结构等，避免出现突变或尖端结构，防止电场强度的变化或突变对电流流动的影响，从而避免对电性能或太阳能电池模组结构的影响，使模组结构性能更稳定。第三切割线槽30的宽度相对于隔离层，可以选择为对应隔离层的宽度的105％-120％，该范围能够满足在存在一定的对位误差的情况下能够完整切割去除原先的隔离层，同时还不会额外过多地去除电子传输层3、钙钛矿功能层4、空穴传输层5，能够充分最大化受光面积，整体上提高太阳能模组的效率。

在其中一个实施例中，所述步骤S5之后还包括在所述第三切割线槽30内填充胶类材料6的步骤，填充胶类材料6后进行固化。在所述第三切割线槽30中形成与隔离层7相同的材料，该步骤中，采用相同的材料及工艺，可以简化生产线，例如采用相同的光刻胶6施加设备、曝光显影设备，降低工艺的复杂性，在稳定工艺的基础上，提高太阳能电池模组的稳定性。

由前述可知，本申请提供了增加胶类材料形成的阻挡层的太阳能模组结构，将金属电极和器件功能层分离开从而提高器件稳定性，通过设置隔离层，也可以避免作为染料或光敏剂等的金属卤化物对材料和设备产生腐蚀性影响；阻挡层采用胶类材料，可以使用涂布工艺进行，相关方法简单且易于图形化。

另外，本申请还进一步将第三切割线槽切割的位置设置在对应一侧隔离层的位置，减少钙钛矿电池的死区，增加受光面积，从而提高太阳能电池的效率，结合通过胶类材料形成隔离层的方式，并优化了切割线槽的形成及与隔离层的配合方式，提供了一种简单且易于产业化的钙钛矿太阳能电池模组制备方法。

上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。