一种图案化导电补偿基底、钙钛矿电池模组及其制备方法与流程

专利2025-04-24  8


本发明涉及太阳能电池,具体而言,涉及一种图案化导电补偿基底、钙钛矿电池模组及其制备方法。


背景技术:

1、光伏技术作为目前市场应用最为广泛的清洁能源技术将成为未来发展的重心之一。单晶硅基太阳能电池凭借其高效率、高稳定的优势占据了95%以上的光伏市场。然而,硅基太阳能电池成本高、产业链长、上游企业高耗能等问题限制了其发展速度,同时硅基太阳能电池的效率也逐步接近理论极限(~29.4%),近些年来增长缓慢,因此,发展一种低成本、高理论效率、制造产业线路简单的新型光伏技术十分重要。

2、钙钛矿太阳能电池是一种低成本、高理论效率(~31%)的新型光伏技术。钙钛矿太阳能电池一般包括:前电极,为透明导电玻璃或柔性透明导电膜;第一载流子传输层,为p型或者n型半导体材料;钙钛矿光吸收层abx3材料,a为甲胺基ma、甲脒基fa、铯cs等一价基团或离子;b为铅pb、sn等二价元素或两个一价元素离子;x为卤族元素或其他负一价基团;第二载流子传输层,为n型或者p型半导体材料,为金属氧化物或有机半导体材料;背电极,可以是金属材料、石墨或者导电氧化物。自2009年对其开展研究以来,目前其实验室小面积电池光电转换效率已超过26.1%,可以与硅基电池效率相媲美。尤其在2021年下半年,钙钛矿太阳能电池的产业化进程加快,实验室技术放大、中试产线搭建、样品展示等产业化初期尝试如火如荼。

3、目前,针对于产业化应用的钙钛矿太阳能电池模组常采用激光划线的方式将子电池串联,激光划线步骤则通常包含三次(命名为p1、p2、p3),p1是将透明导电电极图案化,分割成多个子模块;p2是将制备好的第一载流子传输层/钙钛矿层/第二载流子传输层结构一并图案化,暴露出小部分底部透明电极;p3是在电极制备后,对电极进行图案化处理;最终形成多块分离的子电池串联起来的钙钛矿太阳能模组。

4、现有技术中,激光刻蚀工艺基本上都是使用高频高功率激光进行一次贯穿式刻蚀,该方法虽然节省刻蚀时间,但激光会高度集中在电池模组膜面,导致刻蚀线两侧出现崩边、起皮,刻蚀线表面凹凸不平以及截面呈现锯齿状等现象。特别是p2/p3工艺,激光刻蚀深度至少穿过两个载流子传输层及钙钛矿层,在这个过程中,较大部分热量会作用两个电荷传输层和钙钛矿层,而且受膜层本身厚度和各膜层界面结合能的限制,大量的热能会从激光刻蚀的位置随意非均匀地释放,导致p2及p3刻蚀线槽截面参差不齐,其中崩边、起皮现象增加了电池模组中子电池之间短路的风险,还会影响电池模组的稳定性,最终影响钙钛矿电池组件的整体性能。因此,需要开发一种新的技术方案来改善上述问题,以有效保障钙钛矿电池组件性能的高效发挥。

5、鉴于此,特提出本发明。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种图案化导电补偿基底、钙钛矿电池模组及其制备方法。

2、本发明是这样实现的:

3、第一方面,本发明提供一种图案化导电补偿基底,其包括导电基底和沉积于所述导电基底上的导电补偿柱,所述导电补偿柱的沉积位置为p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置中的至少一种。

4、在可选的实施方式中,当所述导电补偿柱的沉积位置同时与p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置对应时,所述导电补偿柱的厚度为100~2000nm;

5、当所述导电补偿柱的沉积位置仅与p2激光划线或p3激光划线对应的刻蚀位置对应时,所述导电补偿柱的厚度为100~3000nm。

6、在可选的实施方式中,所述导电补偿柱的宽度大于等于所述刻蚀位置的宽度,并且,所述刻蚀位置的划线边缘距离补偿柱边缘单边宽度0~10μm;

7、优选地,所述导电补偿柱的宽度为30~100μm。

8、在可选的实施方式中,所述导电补偿柱的材料包括氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、银纳米线、石墨烯、碳纳米管、au、al、cu、ni、fe、zn、ti、al2o3、zno、niox、sno2和tio2中的至少一种;

9、优选地,所述导电基底包括透明基底和沉积于所述透明基底上的导电层,所述导电层的材料包括氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、银纳米线、石墨烯和碳纳米管中的至少一种;

10、优选地,所述导电补偿柱的材料与所述导电层的材料相同。

11、第二方面,本发明提供如前述实施方式任一项所述的图案化导电补偿基底的制备方法,其包括:在导电基底的表面,于p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置中的至少一种沉积导电补偿柱;

12、优选地,所述沉积的方法包括利用掩膜版进行溅射沉积所述导电补偿柱;

13、优选地,所述沉积的方法包括先在所述导电基底的表面沉积导电补偿层,在所述导电补偿层的表面进行涂胶,并经掩膜版将需要刻蚀的区域进行曝光显影,将需要刻蚀的区域裸露出来,再进行刻蚀,随后将剩余的光刻胶剥离清洗,形成所述导电补偿柱。

14、第三方面,本发明提供一种钙钛矿电池模组的制备方法,其包括采用如前述实施方式任一项所述的图案化导电补偿基底制备钙钛矿电池模组;

15、优选地,在所述的图案化导电补偿基底上采用p1激光划线对所述图案化导电补偿基底进行划线处理以形成p1通道,随后沉积空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层;之后采用p2激光划线对所述电子传输层、所述钙钛矿层和所述空穴传输层进行划线处理,以形成p2通道;之后在器件的顶部沉积金属背电极层;最后采用p3激光划线对所述金属背电极层、所述电子传输层、所述钙钛矿层和所述空穴传输层进行划线处理,以形成p3通道。

16、在可选的实施方式中,所述p1激光划线的划线宽度为30~100μm,划线深度为50~500nm,激光能量为5~150μj;

17、优选地,所述p2激光划线的宽度为10~80μm,划线边缘距离所述导电补偿柱边缘单边宽度0~10μm,划线深度为100nm~3000nm,激光能量为5~150μj;

18、优选地,所述p3激光划线的宽度为10~80μm,划线边缘距离所述导电补偿柱边缘单边宽度0~10μm,划线深度为100nm~3000nm,激光能量为5~150μj;

19、优选地,所述p1激光划线、所述p2激光划线和所述p3激光划线均采用飞秒激光设备进行划线处理。

20、在可选的实施方式中,所述空穴传输层的厚度不大于100nm,所述钙钛矿层的厚度为500~2000nm,所述电子传输层的厚度不大于100nm;

21、优选地,所述空穴传输层的材料包括spiro-ometad、pedot:pss、tpd、ptaa、p3ht、pcpdtbt、niox、v2o5、cui、moo3、cuo和cu2o中的至少一种;

22、优选地,所述钙钛矿层的材料的化学通式为abx3,其中a为ch3nh3+(ma+)、nh2=chnh2+(fa+)、c4h9nh3+、cs+和rb+的至少一种;b为pb2+、sn2+、ge2+、sb3+、bi3+、ag+、au3+和ti4+中的至少一种;x为cl-,br-,i-或类卤素中的至少一种;

23、优选地,所述电子传输层的材料包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化镁、氧化铜、c60富勒烯其衍生物、氧化亚铜和氧化钨中的至少一种;

24、优选地,所述金属背电极层的材料为au、ag和cu中的至少一种。

25、第四方面,本发明提供一种钙钛矿电池模组,其采用如前述实施方式任一项所述的钙钛矿电池模组的制备方法制备而成。

26、第五方面,本发明提供一种钙钛矿电池模组的封装结构,其包括如前述实施方式所述的钙钛矿电池模组、封装胶膜和封装盖板,所述封装盖板通过所述封装胶膜与所述钙钛矿电池模组粘接;

27、优选地,所述封装胶膜包括eva、poe和pvb中的至少一种;

28、优选地,所述封装胶膜的厚度为50~500μm;

29、优选地,采用层压设备对所述钙钛矿电池模组、所述封装胶膜和所述封装盖板进行封装;

30、优选地,所述层压设备中的层压熔融温度100℃~150℃。

31、本发明具有以下有益效果:

32、本发明提供的图案化导电补偿基底,主要是针对p2/p3激光刻蚀效果差的问题,具体在透明的导电层表面p2和/或p3激光刻蚀对应的位置沉积一层导电层,形成导电补偿柱,导电补偿柱可以降低p2和/或p3激光刻蚀的深度,从而降低激光能量,提高刻蚀精度,减少刻蚀线两侧出现崩边、起皮,刻蚀线表面凹凸不平以及截面呈现锯齿状等现象;尤其是p2位置增加导电补偿柱,有利于增加金属背电极层和导电基底之间接触面的厚度,从而降低了接触电阻,还可以减轻金属背电极层与钙钛矿层之间出现的易反应和腐蚀性的问题;导电补偿柱还可以作为填充物,填充在p2和p3激光刻蚀的凹槽中,减少封装胶膜与凹槽之间的缝隙,减少缝隙中空气的存在。本发明设计的图案化导电补偿基底可改善激光刻蚀工艺,提高封装的稳定性,从而整体提高钙钛矿太阳电池的性能。


技术特征:

1.一种图案化导电补偿基底,其特征在于,其包括导电基底和沉积于所述导电基底上的导电补偿柱,所述导电补偿柱的沉积位置为p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的图案化导电补偿基底,其特征在于,当所述导电补偿柱的沉积位置同时与p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置对应时,所述导电补偿柱的厚度为100~2000nm;

3.根据权利要求1所述的图案化导电补偿基底,其特征在于,所述导电补偿柱的宽度大于等于所述刻蚀位置的宽度,并且,所述刻蚀位置的划线边缘距离补偿柱边缘单边宽度0~10μm;

4.根据权利要求1所述的图案化导电补偿基底,其特征在于,所述导电补偿柱的材料包括氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、银纳米线、石墨烯、碳纳米管、au、al、cu、ni、fe、zn、ti、al2o3、zno、niox、sno2和tio2中的至少一种;

5.如权利要求1-4任一项所述的图案化导电补偿基底的制备方法,其特征在于,其包括:在导电基底的表面,于p2激光划线和p3激光划线对应的刻蚀位置中的至少一种沉积导电补偿柱;

6.一种钙钛矿电池模组的制备方法,其特征在于,其包括采用如权利要求1-4任一项所述的图案化导电补偿基底制备钙钛矿电池模组;

7.根据权利要求6所述的钙钛矿电池模组的制备方法,其特征在于,所述p1激光划线的划线宽度为30~100μm,划线深度为50~500nm,激光能量为5~150μj;

8.根据权利要求6所述的钙钛矿电池模组的制备方法,其特征在于,所述空穴传输层的厚度不大于100nm,所述钙钛矿层的厚度为500~2000nm,所述电子传输层的厚度不大于100nm;

9.一种钙钛矿电池模组,其特征在于,其采用如权利要求7-8任一项所述的钙钛矿电池模组的制备方法制备而成。

10.一种钙钛矿电池模组的封装结构,其特征在于,其包括如权利要求9所述的钙钛矿电池模组、封装胶膜和封装盖板,所述封装盖板通过所述封装胶膜与所述钙钛矿电池模组粘接;


技术总结
本发明公开了一种图案化导电补偿基底、钙钛矿电池模组及其制备方法,涉及太阳能电池技术领域。该图案化导电补偿基底包括导电基底和沉积于导电基底上的导电补偿柱,导电补偿柱的沉积位置为P2激光划线和P3激光划线对应的刻蚀位置中的至少一种。本发明提供的导电补偿柱可以降低P2和/或P3激光刻蚀的深度,降低激光能量,提高刻蚀精度,减少刻蚀线两侧出现崩边、起皮,刻蚀线表面凹凸不平以及截面呈现锯齿状等现象;有利于降低接触电阻,减轻金属背电极层与钙钛矿层之间出现的易反应和腐蚀性的问题;还有利于减少封装胶膜与凹槽之间的缝隙,减少缝隙中空气的存在,提高封装的稳定性,从而整体提高钙钛矿太阳电池的性能。

技术研发人员:包征,杨晓宇,涂用广,叶冯俊
受保护的技术使用者:北京烁威光电科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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