一种钙钛矿电池的制作方法以及一种钙钛矿电池与流程

1.本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿电池的制作方法以及一种钙钛矿电池。


背景技术：

2.随着光伏行业的不断发展，占主导地位的硅电池也在其66年的发展历程中迎来了新的挑战。目前晶硅电池的效率已接近了29.4％理论效率极限，量产的perc电池也突破了23％的效率，如何提突破硅电池的效率极限也就成为了当今学界的研究热点。
3.作为第三代太阳能电池的钙钛矿自2009年发明以来，短短11年间其光电转换效率已经突破25％，由于其高光电转换效率，钙钛矿成为了硅电池未来的主要发展方向之一。但是，目前传统硅电池的绒面采用湿法制绒的方式，制成的绒面高度在1
‑
3um范围内，反射率在10％左右，无法完全有效的利用长波段的光子，导致光子利用率非常低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种钙钛矿电池的制作方法，旨在解决传统采用湿法制绒方式，制成的绒面高度高，反射率高，导致光子利用率非常低的技术问题。
5.本发明是这样实现的，一种钙钛矿电池的制作方法，包括以下步骤：
6.在透明导电层上制作第一接触层；
7.使用激光加工设备将所述第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构；
8.在所述陷光结构上依次沉积钙钛矿层、第二接触层以及导电电极；
9.所述激光加工设备包括激光发射器、聚光机构以及密封容器，所述密封容器中设有散光机构，在所述使用激光加工设备将所述第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构的步骤中，控制所述激光发射器通过所述聚光机构朝向置于所述密封容器的所述第一接触层发射激光，所述散光机构将激光散射并降低激光能量，以在所述第一接触层上制备高度在5至50nm范围内的陷光结构。
10.更进一步地，所述散光机构为溶胶。
11.更进一步地，所述溶胶为气溶胶、液溶胶或者由气溶胶、液溶胶混合而成的混合溶胶。
12.更进一步地，所述散光机构为散光棱镜。
13.更进一步地，所述陷光结构的高度在10至20nm范围内。
14.本发明还提供一种钙钛矿电池，由上至下依次设置有：
15.透明导电层；
16.第一接触层，包含有为倒金字塔形状的陷光结构；
17.钙钛矿层；
18.第二接触层；
19.导电电极；
20.其中，所述陷光结构的高度在5至50nm范围内。
21.更进一步地，所述陷光结构通过激光加工设备制作，所述激光加工设备包括激光发射器、聚光机构以及密封容器，所述密封容器中设有散光机构；所述激光发射器通过所述聚光机构朝向置于所述密封容器的所述第一接触层发射激光，所述散光机构将激光散射并降低激光能量，以在所述第一接触层上制备高度在5至50nm范围内的陷光结构。
22.更进一步地，所述散光机构为溶胶。
23.更进一步地，所述溶胶为气溶胶、液溶胶或者由气溶胶、液溶胶混合而成的混合溶胶。
24.更进一步地，所述散光机构为散光棱镜。
25.本发明的有益效果在于，先在透明导电层上制作第一接触层，再使用激光加工设备将第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构，最后在陷光结构上依次沉积钙钛矿层、第二接触层以及导电电极，制成钙钛矿电池，其中，激光加工设备包括激光发射器、聚光机构以及密封容器，密封容器中设有散光机构，激光发射器通过聚光机构朝向置于密封容器的第一接触层发射激光，激光在经过散光机构后，散光机构将激光散射并降低激光能量，使得作用在第一接触层上的激光面积增加，光强降低，减少了激光对于第一接触层的损伤，又增加了绒面的密度，最终在第一接触层上制备高度在5至50nm范围内的绒面，减小了绒面高度，从而减少了光的反射，有效增加了光子利用率。
附图说明
26.图1是本发明实施例提供的钙钛矿电池的制作方法的流程框图；
27.图2是本发明实施例提供的激光加工设备的示意图；
28.图3是本发明实施例提供的具有陷光结构的第一接触层的示意图；
29.图4是本发明实施例提供的钙钛矿电池的示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.本发明一种钙钛矿电池的制作方法，参考图1，包括以下步骤：
32.s100、在透明导电层上制作第一接触层；
33.s200、使用激光加工设备将所述第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构；
34.s300、在所述陷光结构上依次沉积钙钛矿层、第二接触层以及导电电极。
35.具体来说，先在透明导电层上制作第一接触层，再使用激光加工设备将第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构，陷光结构为绒面，再在陷光结构上依次沉积钙钛矿层、第二接触层以及导电电极，最终制备而成钙钛矿电池。需要说明的是，若第一接触层为p型材料，则第二接触层则为n型材料；若第一接触层为n型材料，则第二接触层为p型材料。
36.其中，参考图2，所述激光加工设备包括激光发射器1、聚光机构2以及密封容器4，所述密封容器4中设有散光机构5；所述激光发射器1发射的激光为平行光；所述聚光机构2包括用于聚光的光学透镜以及用于调节焦距的调焦模块；所述密封容器4置于激光发射器1
的下方，所述聚光机构2设于激光发射器1朝向密封容器4发射的激光光路的路径上；所述激光发射器1的激光束宽度小于所述光学透镜的直径。优选的是，所述激光发射器1发射出的所有激光都要经过聚光机构2。
37.在所述使用激光加工设备将所述第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构的步骤中，控制所述激光发射器通过所述聚光机构朝向置于所述密封容器的所述第一接触层发射激光，所述散光机构将激光散射并降低激光能量，以在第一接触层上制备高度在5至50nm范围内的陷光结构。
38.具体来说，预先固定激光发射器1，并将聚光机构2固定于激光发射器1的轴向下方，再将密封容器4放置在聚光机构2的轴向下方，密封容器4中置有散光机构5，接着将第一接触层6平整放置在密封容器4中。在加工过程中，启动激光发射器1，激光发射器1朝向聚光机构2发射激光，聚光机构2聚光并调节激光焦距后，发射的激光经过散光机构5，散光机构5将激光散射并降低激光能量，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，如图3所示，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面，减小了绒面高度，从而减少了光的反射，有效增加了光子利用率。
39.优选地，所述散光机构5为溶胶。其中，所述溶胶为气溶胶、液溶胶或者由气溶胶、液溶胶混合而成的混合溶胶。需要说明的是，分散介质为气体的溶胶为气溶胶，分散介质为液体的溶胶为液溶胶，分散介质为气体和液体混合物的溶胶为混合溶胶。
40.在散光机构5为溶胶时，可预先在密封容器4的侧壁设有开孔3，再将溶胶从开孔3通入密封容器4。在实施过程中，将第一接触层6放置在盛有溶胶的密封容器4中，激光发射器1发射的激光在经过聚光机构2后，激光在经过溶胶后会在光线末端发生轻微散射，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，而激光与第一接触层6的作用发生在溶胶
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固界面处，溶胶约束了激光与第一接触层6之间的作用，两者共同作用的条件下减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面。
41.需要说明的是，当采用的溶胶为气溶胶时，在将气溶胶从开孔3通入密封容器4之后，需要使用堵塞件(例如橡胶塞)将开孔3堵住，以避免气溶胶发生泄漏。
42.或者，在其他实施例中，所述散光机构5也可为散光棱镜。
43.在散光机构5为散光棱镜时，可预先在密封容器4的侧壁向内延伸一固定支架，再将散光棱镜固定在固定支架上。在实施过程中，激光发射器1发射的激光在经过聚光机构2后，激光再经过散光棱镜，散光棱镜将激光散射并降低激光能量，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面。
44.优选地，所述陷光结构的高度在10至20nm范围内。制备的绒面高度低，能够减少光的反射，大大有效增加了光子利用率，最终达到有效的提升钙钛矿电池的光子利用率，提升光电转换效率的作用。
45.在此，提供可实现具体一实施例：
46.步骤一、将透明导电层依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇超声清洗20min，再经高纯氮气吹洗干净后用氧等离子清洗机清洗10min得到干净的透明导电层；
47.步骤二、在透明导电层上沉积第一接触层，该第一接触层为电子传输层；
48.步骤三、采用激光制绒的方式将电子传输层制备成具有陷光结构的电子传输层，激光的波长为405nm、445nm、460nm、473nm、532nm、589nm、635nm、650nm、808nm、980nm、1064nm中的至少一种，激光功率为3
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5w；
49.步骤四、在电子传输层的陷光结构上沉积钙钛矿层；
50.步骤五、在钙钛矿层上沉积第二接触层，该第二接触层为空穴传输层；
51.步骤六、在空穴传输层上沉积导电电极，得到钙钛矿电池；
52.按照上述步骤，所述步骤二中电子传输层的厚度为20
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40nm，所述步骤三中电子传输层的陷光结构的高度为5
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10nm，所述步骤四中钙钛矿层的厚度为400
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500nm，沉积方式为spining coating、slot
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die coating、doctor blading以及化学气相沉积(cvd)中的一种；所述步骤六中导电电极厚度为60
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80nm，沉积方式为cvd，pvd，热蒸发中的一种。
53.按照上述步骤，所述步骤三中陷光结构高度为电子传输层厚度的1/4
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3/4。
54.本发明提供一种钙钛矿电池，参考图4，由上至下依次设置有：
55.透明导电层10；
56.第一接触层20，包含有为倒金字塔形状的陷光结构；
57.钙钛矿层30；
58.第二接触层40；
59.导电电极50；
60.其中，所述陷光结构的高度在5至50nm范围内。
61.在此，详细提供一钙钛矿电池的实施例，钙钛矿电池由上至下依次设置有：
62.透明导电层10为透明导电玻璃衬底，采用材料为fto氟掺氧化锡玻璃、ito铟掺氧化锡玻璃、azo铝掺氧化锌玻璃、ato铝掺氧化锡玻璃、igo铟掺氧化鎵玻璃中的至少一种；
63.第一接触层20为电子传输层，采用材料为n型半导体sno2、tio2、znsno4中的至少一种；
64.钙钛矿层30采用的材料为晶体结构，具体属于abx3型的钙钛矿材料；
65.第二接触层40为空穴传输层，采用的材料为p型半导体spiro
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ometad、nio、cuscn中的至少一种；
66.导电电极层50的材料为fto氟掺氧化锡、ito铟掺氧化锡、azo铝掺氧化锌、ato铝掺氧化锡、igo铟掺氧化鎵、ag电极、cu电极、al电极、au电极中的至少一种。
67.其中，所述陷光结构通过激光加工设备制作，参考图2，所述激光加工设备包括激光发射器1、聚光机构2以及密封容器4，所述密封容器4中设有散光机构5；所述激光发射器1发射的激光为平行光；所述聚光机构2包括用于聚光的光学透镜以及用于调节焦距的调焦模块；所述密封容器4置于激光发射器1的下方，所述聚光机构2设于激光发射器1朝向密封容器4发射的激光光路的路径上；所述激光发射器1的激光束宽度小于所述光学透镜的直径。优选的是，所述激光发射器1发射出的所有激光都要经过聚光机构2。
68.在所述使用激光加工设备将所述第一接触层制成为倒金字塔形状的陷光结构的步骤中，控制所述激光发射器通过所述聚光机构朝向置于所述密封容器的所述第一接触层发射激光，所述散光机构将激光散射并降低激光能量，以在所述第一接触层上制备高度在5至50nm范围内的陷光结构。
69.具体来说，预先固定激光发射器1，并将聚光机构2固定于激光发射器1的轴向下方，再将密封容器4放置在聚光机构2的轴向下方，密封容器4中置有散光机构5，接着将第一接触层6平整放置在密封容器4中。在加工过程中，启动激光发射器1，激光发射器1朝向聚光机构2发射激光，聚光机构2聚光并调节激光焦距后，发射的激光经过散光机构5，散光机构5将激光散射并降低激光能量，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，如图3所示，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面，从而减少了光的反射，有效增加了光子利用率。
70.优选地，所述散光机构5为溶胶。其中，所述溶胶为气溶胶、液溶胶或者由气溶胶、液溶胶混合而成的混合溶胶。需要说明的是，分散介质为气体的溶胶为气溶胶，分散介质为液体的溶胶为液溶胶，分散介质为气体和液体混合物的溶胶为混合溶胶。
71.在散光机构5为溶胶时，可预先在密封容器4的侧壁设有开孔3，再将溶胶从开孔3通入密封容器4。在实施过程中，将第一接触层6放置在盛有溶胶的密封容器4中，激光发射器1发射的激光在经过聚光机构2后，激光在经过溶胶后会在光线末端发生轻微散射，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，而激光与第一接触层6的作用发生在溶胶
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固界面处，溶胶约束了激光与第一接触层6之间的作用，两者共同作用的条件下减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面。
72.需要说明的是，当采用的溶胶为气溶胶时，在将气溶胶从开孔3通入密封容器4之后，需要使用堵塞件(例如橡胶塞)将开孔3堵住，以避免气溶胶发生泄漏。
73.或者，在其他实施例中，所述散光机构5也可为散光棱镜。
74.在散光机构5为散光棱镜时，可预先在密封容器4的侧壁向内延伸一固定支架，再将散光棱镜固定在固定支架上。在实施过程中，激光发射器1发射的激光在经过聚光机构2后，激光再经过散光棱镜，散光棱镜将激光散射并降低激光能量，使得作用在第一接触层6上的激光面积增加，光强降低，减少了激光对于第一接触层6的损伤，又增加了绒面的密度，最终在第一接触层6上制备高度在5至50nm范围内的绒面。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。