[实用新型]钙钛矿太阳电池透明导电衬底及其钙钛矿太阳电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钙钛矿太阳电池，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池透明导电衬底，同时，本实用新型还涉及一种包含上述透明导电衬底的钙钛矿太阳电池，属于太阳电池技术领域。

背景技术

随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严峻，太阳能光伏发电受到各国普遍关注。目前，产业化晶体硅的电池转换效率稳定约19%（单晶）和17～18%（多晶），进一步提升效率存在技术和成本的制约瓶颈。尽管一些高效硅电池技术不断得以提出，但是这些高效太阳电池制备工艺复杂、量产中品质不易控制、对设备要求高，因此，难以实现量产。除了硅太阳电池以外，其它类型的化合物薄膜电池、有机太阳电池、染料敏化太阳电池等，其电池转换效率多年来未有显著突破。近年来，一种称之为“钙钛矿太阳电池”的新型电池技术引起了科研人员的广泛关注，其电池转换效率在短短的数年时间内从3.8%提升至目前的20.1%，并以月为单位不断刷新。钙钛矿体系是指一类与钙钛矿CaTiO₃具有相似晶体结构的有机-无机杂化物体系的总称。钙钛矿具有复杂的电学和光学特性，其核心光电转换材料具有廉价、容易制备的特点，这为其大规模、低成本制造提供了可能。

钙钛矿太阳电池一般地基于ITO或FTO导电玻璃衬底。在含介孔层的器件结构中，由衬底向上依次形成衬底、TiO致密层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层、上电极；在平面的器件结构中，由衬底向上依次形成衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、上电极。在这两种常见结构钙钛矿太阳电池中，太阳光从衬底一面入射，被钙钛矿层吸收，激发形成电子和空穴，被导电衬底和上电极收集，实现光电流输出。衬底作为入射光的窗口，需要由良好的光学透射率（300至800nm光谱段）；而作为收集电子的电极，需要由良好的电导性。实验室制备的钙钛矿太阳电池已经获得20%以上的转换效率，但有效器件面积较小，往往只有1cm²以下，无法实际应用。产业化钙钛矿太阳电池的应用要求实现大面积。然而，随着器件面积增加，钙钛矿太阳电池的转换效率明显下降，特别是填充因子。主要的原因是随着器件面积增加，衬底ITO或FTO层横向输运电阻增加，导致串联电阻增加。

透明导电氧化物（transparentconductiveoxide,TCO）是常用的透明导电材料，用于太阳电池、平板显示、触控显示等领域。使用的材料有：氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO)、铟镓锌氧化物（IGZO）等。TCO的电导性和透光性是相互制约的：增加TCO的掺杂浓度会提高薄膜的电导性，但会降低薄膜的透光性；增加TCO的厚度会提高薄膜的横向电导，但同样会降低薄膜的透光性。

对于钙钛矿太阳电池，无论通过掺杂或增加薄膜厚度来提高TCO衬底的电导性，改善填充因子，都会增加入射光在TCO层的吸收，降低光电流，限制装换效率的提升。因此，需要设计一种兼顾电导性和透光性的TCO层，用于大面积钙钛矿太阳电池的衬底，从而促进钙钛矿太阳电池的产业化。

发明内容

本实用新型针对现有技术中，钙钛矿太阳电池的透明导电层电导性和透光性无法兼顾的技术问题，提供一种钙钛矿太阳电池透明导电衬底及其制备方法，使钙钛矿太阳电池的透明导电衬底兼顾电导性和透光性，促进钙钛矿太阳电池的发展和产业化应用。

为此，本实用新型采用如下技术方案：

钙钛矿太阳电池透明导电衬底，其特征在于：由上至下依次包括玻璃层(1-1)、高透光TCO层(1-3)、高电导TCO层(1-4)，所述高透光TCO层(1-3)是一层厚度均匀的薄膜，透光率≥85%，所述高电导TCO层(1-4)是一层由交错的互联线(1-4a)构成的网状结构，电阻率≤6e-4??cm。

进一步地，所述TCO选自氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO)、铟镓锌氧化物（IGZO）中的一种或多种。

进一步地，所述高透光TCO层(1-3)的厚度是20至300nm。

进一步地，所述每条互联线(1-4a)的厚度是100至500nm，宽度是10至200μm。

进一步地，在所述玻璃层(1-1)与高透光TCO层(1-3)之间还具有SiO2层(1-2)，SiO2层的厚度为100-300nm。

本实用新型的另一方面，还提供一种钙钛矿太阳电池，在上述透明导电衬底（2-1）上依次设置有电子传输层（2-2）、钙钛矿光吸收层（2-3）、空穴传输层（2-4）和金属上电极（2-5）。