[发明专利]串联式钙钛矿电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了串联式钙钛矿电池及其制备方法和应用。该串联式钙钛矿电池包括：衬底、导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，导电层有多个间隔分布的子导电层，相邻两个子导电层的至少之一上形成有导电凸起；导电层上方未形成导电凸起的区域逐层布置有电子传输层、钙钛矿吸收层和空穴传输层，金属电极形成在空穴传输层/电子传输层和导电凸起上，位于形成有导电凸起的子导电层上方的钙钛矿吸收层及其上部的空穴传输层/电子传输层和金属电极整体被切割为电流不流通的两部分，多个电流不流通的部分通过形成有导电凸起的子导电层构成串联结构。该电池具有电池结构稳定、内阻小、光电转换效率高和电化学性能好等的优点。

技术领域

本发明属于钙钛矿电池领域，具体而言，涉及串联式钙钛矿电池及其制备方法和应用。

背景技术

现有钙钛矿组件主要是通过激光三次划线来实现组件中各子电池的串联，参考附图1和附图2所示，第一道划线是划断TCO层，称为P1；第二道划线是划断钙钛矿及HTL层，称为P2，使得制作金属电极时，可以通过第二道划线使金属电极直接与TCO层接触；第三道划线是划断技术金属电极层或划断整个金属电极、HTL、钙钛矿及ETL层，称为P3，使左右连续的两块子电池断开。然而，该方法存在有电池组件内阻大、严重影响组件的效率，以及金属电极会直接与钙钛矿中的卤素离子反应从而影响电池性能等的问题。为此，现有钙钛矿电池组件仍有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出串联式钙钛矿电池及其制备方法和应用。

本申请主要是基于以下问题提出的：

1、常规的钙钛矿组件用激光切割P1、P2、P3方式实现组件中各子电池的串联，以PIN型电池为例，传统的PIN型电池的ETL层主要为SnO₂，其FTO的主要成分同样为SnO₂，两者的成分基本相同，再结合激光划刻的原理为吸收光线能量完成刻蚀，所以在激光划刻P2的过程中，很难将FTO表面的ETL(SnO₂)层划断，这样就会导致金属电极并非直接与FTO接触，而是与SnO2接触，大大增加了接触电阻，严重影响组件的效率；2、激光划线P2贯穿了HTL、钙钛矿层，若ETL为SnO₂，则很难清除，P2完成切割后，将进行电极的沉积，金属电极将布满整个P2的切割区域，也就意味着金属电极在P2的截面处直接与钙钛矿接触，这将会导致金属直接与钙钛矿中的碘离子反应，形成碘的金属化合物，导致钙钛矿降解和电池性能衰减。3、FTO的表面并不能保证完全的平整，表面不可避免的会存在凸起或其他缺陷，若表面存在尖锐的凸点，那么采用涂布的方式，液膜在固化之前，凸点位置的液膜在自身重力的作用下将会向下移动，导致液膜固化后凸点位置出现空洞，形成严重的缺陷。

为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种串联式钙钛矿电池。根据本发明的实施例，该电池包括：衬底、导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，其中：

所述导电层形成在所述衬底上，所述导电层包括多个间隔分布的子导电层，相邻两个所述子导电层的至少之一上形成有所述导电凸起；

所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层沿所述导电层的厚度方向逐层布置在所述导电层上方未形成所述导电凸起的区域，且所述电子传输层、所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层的总厚度与所述导电凸起的高度一致，所述电子传输层位于所述钙钛矿吸收层靠近或远离所述导电层的一侧；

所述金属电极形成在所述空穴传输层/电子传输层和所述导电凸起上，位于形成有所述导电凸起的子导电层上方且由上到下布置的所述金属电极、所述空穴传输层/电子传输层和所述钙钛矿吸收层整体被切割为电流不流通的两部分，多个电流不流通的部分通过形成有所述导电凸起的子导电层构成串联结构。