牺牲栅线材料浆料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种牺牲栅线材料浆料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池（pscs）因其优异的光电特性例如高吸收系数（104–105cm-¹）、长载流子扩散长度、低复合速率和高缺陷容忍度，已成为最具前景的新一代光伏技术之一。实验室级小面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（pce）已突破26%，达到可与高端晶硅电池媲美的性能水平。

2、在产业化进程中，如何将实验室的小面积高效率器件放大为大面积组件，同时保持高转换效率，是该领域面临的核心挑战。当前，钙钛矿光伏组件的主流制备工艺需要通过三道激光划线（p1/p2/p3）来实现子电池的串联互连。p1划线用于隔离透明导电氧化物（tco）底电极，p2划线用于形成层间导通通道，p3划线则用于隔离顶电极以完成相邻子电池的电学隔离。然而，从实验室走向规模化量产的过程中，激光划线工艺带来的系列问题日益成为制约产业化的关键瓶颈。

3、目前p3激光划线技术虽然应用广泛，但存在以下难以克服的固有缺陷：

4、（1）热损伤问题：激光脉冲产生的高温会导致钙钛矿层在划线边缘发生热分解，生成 pbi2、pbbr2等副产物。这些分解产物不仅会成为载流子复合中心，降低电池的光电转换效率，还会加速器件的老化降解，严重影响组件的长期稳定性；

5、（2）电极损伤问题：激光能量难以精确控制，容易导致底部的膜层也受到损伤，形成激光诱导周期性表面结构，增加电极的串联电阻，严重时甚至会导致tco层局部断裂，造成子电池之间的电连接失效；

6、（3）设备成本高：高精度的皮秒或飞秒激光器价格昂贵，且维护成本高，增加了钙钛矿组件的生产成本。同时，激光划线工艺速度较慢，难以与高速的卷对卷（r2r）生产工艺兼容；

7、（4）工艺窗口窄：激光划线质量对激光功率、扫描速度、脉冲频率等参数非常敏感，微小的参数变化就会导致划线质量下降，增加了大规模生产中的工艺控制难度。

8、因此，本领域亟需开发一种新型p3划线的制备方式。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述问题，提出一种牺牲材料浆料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、具体而言，本发明提供一种牺牲栅线材料浆料，所述牺牲栅线材料浆料包括树脂、流平剂和溶剂，所述树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、氟化丙烯酸酯共聚物和纤维素衍生物中的一种或多种，所述流平剂为氟改性丙烯酸酯共聚物流平剂。

3、在一个或多个实施方式中，所述树脂和流平剂的质量比100:(0.1-0.3)。

4、在一个或多个实施方式中，所述牺牲栅线材料浆料的固含量为5wt%-20wt%。

5、在一个或多个实施方式中，所述纤维素衍生物选自乙基纤维素、乙酸丁酸纤维素、羟丙基纤维素和二醋酸纤维素中的一种或多种。

6、在一个或多个实施方式中，所述溶剂选自甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、氢氟醚和全氟己烷中的一种或多种。

7、在一些优选的实施方式中，所述氢氟醚选自甲基九氟丁醚和乙基九氟丁醚中的一种或两种。

8、本发明提供一种用于制备钙钛矿太阳能电池p3划线的试剂盒，所述试剂盒包括本发明任一实施方式所述的牺牲栅线材料浆料和去除溶剂。

9、在一个或多个实施方式中，所述去除溶剂为能够溶解所述牺牲栅线材料浆料经过印刷、干燥后形成的牺牲栅线的溶剂。

10、在一个或多个实施方式中，所述去除溶剂为氢氟醚。

11、在一些优选的实施方式中，所述去除溶剂选自甲基九氟丁醚和乙基九氟丁醚中的一种或两种。

12、本发明提供一种采用本发明任一实施方式所述的试剂盒制备钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：

13、（1）提供包含基底层和与基底层接触的导电层的导电基底，采用激光工艺对导电基底进行切割，形成p1划线，p1划线贯穿导电层，止于基底层；

14、（2）在带有p1划线的导电基底上依次沉积第一电荷传输层和钙钛矿吸光层；

15、（3）在所述钙钛矿吸光层表面丝网印刷牺牲栅线材料浆料、干燥，得到牺牲栅线；

16、（4）在带有牺牲栅线的钙钛矿吸光层表面沉积第二电荷传输层；

17、（5）采用激光工艺从所述第二电荷传输层表面进行切割，形成贯穿所述第二电荷传输层、所述钙钛矿吸光层和所述第一电荷传输层的p2划线；

18、（6）在带有p2划线的第二电荷传输层表面沉积顶部电极；

19、（7）用去除溶剂去除牺牲栅线，形成贯穿所述顶部电极和所述第二电荷传输层的p3划线。

20、在一个或多个实施方式中，步骤（3）中，所述干燥温度为50-100℃。

21、在一个或多个实施方式中，步骤（3）中，所述牺牲栅线与所述p1划线之间的距离为170-200μm。

22、在一个或多个实施方式中，步骤（3）中，所述牺牲栅线的厚度大于等于后续制得的第二电荷传输层和顶部电极的厚度之和。

23、在一个或多个实施方式中，步骤（3）中，所述牺牲栅线的宽度为20-200μm。

24、在一个或多个实施方式中，步骤（7）中，去除牺牲栅线的方式为采用所述去除溶剂浸泡、喷洗或超声清洗所述牺牲栅线。

25、在一个或多个实施方式中，步骤（7）中，去除牺牲栅线的时间为40-80s。

26、在一个或多个实施方式中，步骤（7）中，所述p3划线的宽度为20-200μm。

27、在一个或多个实施方式中，步骤（7）中，所述p3划线与所述p1划线之间的距离为170-200μm。

28、在一个或多个实施方式中，所述导电基底的基底层为玻璃。

29、在一个或多个实施方式中，所述导电基底的导电层为透明导电氧化物。

30、在一个或多个实施方式中，所述p1划线的宽度为0.4-40μm。

31、在一个或多个实施方式中，沉积所述第一电荷传输层的方法选自磁控溅射法、原子沉积法、热蒸发法和狭缝涂布法中的一种或多种。

32、在一个或多个实施方式中，所述第一电荷传输层的厚度为11-45nm。

33、在一个或多个实施方式中，沉积所述钙钛矿吸光层的方法为狭缝涂布法。

34、在一个或多个实施方式中，所述钙钛矿吸光层的厚度为400-700nm。

35、在一个或多个实施方式中，沉积所述第二电荷传输层的方法选自热蒸发法、磁控衍生法、原子沉积法和狭缝涂布法中的一种或多种。

36、在一个或多个实施方式中，所述第二电荷传输层的厚度为20-40nm。

37、在一个或多个实施方式中，所述p2划线的宽度为0.5-50μm。

38、在一个或多个实施方式中，所述p2划线与所述p1划线之间的距离为60-110μm。

39、在一个或多个实施方式中，所述p2划线位于所述p1划线和所述牺牲栅线之间。

40、在一个或多个实施方式中，沉积所述顶部电极的方法为磁控溅射法。

41、在一个或多个实施方式中，所述顶部电极的厚度为100-300nm。

42、本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池采用本发明任一实施方式所述方法制备而成。

43、本发明通过使用丝网印刷牺牲栅线材料浆料制备牺牲栅线、用去除溶剂去除牺牲栅线的方式，在钙钛矿吸光层表面制备了贯穿第二电荷传输层和顶部电极的p3划线，取代了使用激光工艺制备的p3划线。

44、本发明的制备方法具有以下优势：

45、（1）完全避免了激光热损伤，保护了钙钛矿吸光层和顶部电极的完整性；

46、（2）降低了设备成本，丝网印刷设备价格远低于高精度激光器；

47、（3）具有良好的工艺兼容性，可与现有的卷对卷连续化生产工艺无缝对接；

48、（4）具有较宽的工艺窗口，易于实现大规模生产中的质量控制。