一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells, pscs）由于其优异的光吸收特性、载流子输运能力以及低温溶液制备优势，近年来受到了广泛关注，其单结器件效率已迅速提升至26%以上，展现出巨大的产业化应用潜力。在钙钛矿太阳能电池器件结构中，金属箔基底（如不锈钢箔）因其机械强度高、耐热性好、可卷对卷制备等优点，成为柔性钙钛矿电池的重要发展方向。

2、然而，由于金属基底具有较高导电性、表面粗糙度较大的特点，在器件制备过程中容易产生边缘漏电及短路问题。如在金属基底钙钛矿太阳能电池的制备过程中，器件有效发电区边缘处的功能层沉积往往难以完全覆盖或隔离金属基底层，导致顶电极与底部金属基底之间形成直接导通路径，从而引起严重的漏电流损耗，降低器件开路电压（voc）和填充因子（ff），最终限制器件效率提升；在钙钛矿太阳能电池组件化制备过程中，金属基底器件需要进一步实现单元图案化隔离与串联集成，而现有工艺中缺乏一种简单有效的基底绝缘封边及图案化方法，难以兼顾工艺可行性与器件性能提升。

3、因此，亟需开发一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池及其制备方法，对于抑制器件边缘漏电、提升效率及稳定性具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池及其制备方法，用以解决现有技术中金属基底钙钛矿太阳能电池的漏电流损耗严重、易产生短路而导致器件效率低、稳定性和工艺可行性差的问题中的至少一个。

2、一方面，本发明实施例提供了一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池，从下至上，所述太阳能电池依次包括金属基底层、边缘绝缘层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和顶电极层，其中，所述边缘绝缘层位于所述金属基底层上表面的边缘区域。

3、进一步的，所述边缘绝缘层沿所述金属基底层的周向连续分布。

4、进一步的，所述边缘绝缘层的材料为mgf2、sbo3、al2o3、聚酰亚胺、环氧树脂、氟化聚合物中的至少一种。

5、进一步的，所述边缘绝缘层的宽度为0.5~5mm。

6、进一步的，所述边缘绝缘层的厚度为0.1~10μm。

7、进一步的，所述顶电极层上设置有金属栅线层。

8、进一步的，在从下至上的垂直投影面上，所述边缘绝缘层的内边缘与所述金属栅线层的外边缘重合。

9、进一步的，所述金属栅线层包括间隔设置的细栅线以及与所述细栅线电连接的主栅线。

10、进一步的，所述细栅线具有平行、梳状、栅格状或与器件长边平行的条带状排列结构。

11、另一方面，本发明实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池为所述防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池，所述制备方法包括以下步骤：

12、（1）对金属基底进行清洗预处理，去除表面油污及杂质；

13、（2）在步骤（1）预处理后的所述金属基底的上表面边缘制备边缘绝缘层；

14、（3）在通过步骤（2）于上表面边缘制备有所述边缘绝缘层的所述金属基底上，依次沉积空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层以及顶电极层。

15、进一步的，所述制备方法还包括步骤（4），具体为在所述顶电极层上制备金属栅线层。

16、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

17、1、与现有激光划线或边缘去除法比较，本发明通过在金属基底上表面的边缘区域设置边缘绝缘层，将金属基底层的边缘完全覆盖，不仅能够成功隔离金属基底层与顶电极层，有效预防钙钛矿太阳能电池出现边缘漏电和短路的现象，降低漏电流损耗，提高器件工作效率，电池的光电转换效率（pce）提高至≥17%；还能够为后续加工的顶电极层、栅线/汇流结构提供了对位容差与缓冲空间，即使存在一定的对位偏差或膜层侧向爬漫，也不易触发与金属基底的非预期接触，从而提升器件制备的工艺窗口与良品率（大于等于80%）。

18、2、本发明通过选择边缘绝缘层构成材料，调控尺寸（包括宽度、厚度和致密度），能够提高绝缘层阻抗值以及其与金属基底层之间的粘附强度，抵抗钙钛矿前驱体溶剂（如dmf、dmso）的侵蚀，在预防器件发生边缘漏电和短路的同时，能够有效提升器件的光电转化效率和使用稳定性；另外，本发明能够根据实际应用需要确定边缘绝缘层的连续性（连续或间断）设置，使器件满足性能需求的情况下，简化制备流程，提高生产效率和经济性。

19、3、本发明在所述顶电极层的上表面设置有金属栅线层，能够在保持高透光率的同时显著降低整体方阻，降低串联电阻，提高器件的开路电压（voc）、填充因子（ff）和光电转换效率（pce）；同时，限定所述金属栅线层的外边缘与所述边缘绝缘层的内边缘对齐，能够避免器件边缘短路。

20、4、本发明通过限定所述金属栅线的结构和尺寸，包括细栅线的排列方式、宽度、厚度，能够使金属栅线的设计在电学增益（ff提升）与光学损失（光生电流jsc降低）之间找到最佳平衡点，以最大化器件的光电转换效率（pce）。

21、5、本发明采用现有制备工艺在金属基底上表面制备边缘绝缘层及其它功能层，不需要额外添加设备，制备工艺简单，且能够兼容卷对卷制备，适用于大面积金属基底钙钛矿组件的产业化制备和应用。

22、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

1.一种防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池，其特征在于，从下至上，所述太阳能电池依次包括金属基底层、边缘绝缘层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和顶电极层，其中，所述边缘绝缘层位于所述金属基底层上表面的边缘区域。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述边缘绝缘层沿所述金属基底层的周向连续分布。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述边缘绝缘层的材料为mgf2、sbo3、al2o3、聚酰亚胺、环氧树脂、氟化聚合物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述边缘绝缘层的宽度为0.5~5mm。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述边缘绝缘层的厚度为0.1~10μm。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述顶电极层上设置有金属栅线层。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，在从下至上的垂直投影面上，所述边缘绝缘层的内边缘与所述金属栅线层的外边缘重合。

8.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属栅线层包括间隔设置的细栅线以及与所述细栅线电连接的主栅线；

9.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池为权利要求1-8任一项所述的防漏电的金属基底钙钛矿太阳能电池，所述制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤（4），具体为在所述顶电极层上制备金属栅线层。