[发明专利]一种高功率质量比的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率质量比的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明采用化学气相沉积法及离子束抛光技术制备厚度小于5μm的帕利灵薄膜作为柔性基底，再在其上制备由金属网格和透明导电氧化物组成的透明导电功能层，以及钙钛矿太阳能电池的其他功能层，由此获得的柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率可以超过20％，功率质量比可超过30W/g，弯折半径可小于1mm，弯折300个循环后电池性能衰减小于5％。本发明提供的高功率质量比的柔性钙钛矿太阳能电池具有质量小、柔性高、功率质量比非常高的特点，在航天航空等领域有很大的应用潜力，在智能设备、可穿戴设备等领域也有其独特优势。

技术领域

本发明属于光电功能器件领域，特别涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

柔性太阳能电池因其重量小、单位材料消耗少、柔性可弯曲、可伸缩等相比于传统刚性太阳能电池的独特优势，在航天航空、军用装备等领域有迫切的需求，在智能设备、可穿戴设备等民用领域也有广阔的应用前景。功率质量比对于柔性太阳能电池的是一个非常重要的参数，它表示的是单位质量的太阳能电池发电能力的强弱。以航天航空等对质量十分敏感的领域为例，高的功率质量比意味着可以占用更少的发射质量，产生更多的电能，装载更多的燃料和设备，因此对功率质量比的追求是没有极限的。

硅基太阳能电池以其相对较高的光电转换效率和良好的稳定性一直占据着太阳能电池市场的绝大部分份额，然而受限于其材料本身的固有特性，柔性差，功率质量比低(通常低于0.5W/g)，硅基太阳能电池在柔性领域几乎没有发展潜力。现阶段柔性太阳能电池采用的技术路线通常是使用柔性衬底的薄膜太阳能电池，主要有铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)等几种材料。其中基于铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)材料的柔性太阳能电池由于效率较低，因此功率质量比也偏低。基于砷化镓(GaAs)材料的柔性太阳能电池具有较高的能量转化效率，多结砷化镓太阳能电池的功率质量比可达到3W/g，但是其制备成本高昂，难以大规模应用。

近年来，有机无机杂化钙钛矿材料因其制备成本低，工艺简单，载流子扩散距离长，载流子迁移率较高，在可见和红外波段吸收能力强，在太阳能电池、光电收发器等应用领域获得了很多的关注。基于钙钛矿材料制备的太阳能电池既拥有高的光电转换效率，同时也是一种薄膜太阳能电池，其薄膜制备工艺赋予了它质量小、可与柔性衬底结合的特点。因此利用钙钛矿材料制备高功率质量比的柔性太阳能电池成为了可能。

为了实现高功率质量比的柔性太阳能电池必须使用柔性透明的衬底，并且除了要满足高柔性、高透光性等特性之外，还要求这种衬底必须具有很高的平整度、很小的质量厚度。当前柔性太阳能电池中常用的衬底材料如PET(聚苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等柔性基底，由于其基于双向拉伸制备的工艺原因，当厚度很薄的时候有很大的自发卷曲的倾向，增加薄膜厚度以抑制其自发卷曲又会导致其厚度和质量较大，很难满足器件对高功率质量比的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种基于帕利灵(聚对二甲苯，Parylene)衬底和透明导电氧化物电极制备的超高功率质量比的超薄超轻柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明所使用的帕利灵材料基底采用化学气相沉积法(CVD)制备，在0.1～100μm厚度范围内均可获得致密均匀的薄膜，且其基于光滑衬底的沉积工艺可以解决超薄薄膜自发卷曲的问题。然而，基于气相沉积技术制备的帕利灵存在表面粗糙度过大的问题，本发明使用离子束抛光技术改善了其表面粗造度，最终使用厚度小于5μm的帕利灵薄膜作为柔性基底，以此基底制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率可以超过20％，功率质量比可超过30W/g，远超过现阶段有报道的多结砷化镓电池，其弯折半径可小于1mm，弯折300个循环后电池性能衰减小于5％。本发明能够为柔性钙钛矿太阳能电池在航天航空以及其他相近领域的应用提供技术铺垫。

具体的，本发明的技术方案如下：