[发明专利]一种钙钛矿薄膜太阳能电池用柔性复合衬底及其制备方法

说明书

本发明提供一种钙钛矿薄膜太阳能电池用柔性复合衬底及其制备方法，所述柔性复合衬底具有超薄、耐候、水氧阻隔、透明导电膜等多种特点和功能。它解决了现有PET、PEN等基材耐候性差的问题，水氧阻隔层还可以防止环境中水汽和氧气对钙钛矿电池的侵蚀，满足电池户外湿热环境长期使用的要求。本发明突破超薄高阻隔层制备技术，将阻隔层与超薄基材及透明电极集成一体，减少一层封装膜的使用，降低了电池的面密度，简化传统三明治式电池封装工艺，只需一侧压合工艺即可，降低器件的侧漏风险，提升了器件的长期稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿薄膜太阳能电池用衬底的制备。

背景技术

钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从2009年的3.8％迅速跃升到23.7％，与商业化太阳能电池效率相当。廉价的原材料和简单的制备工艺，使得钙钛矿电池在过去五年受到了前所未有的关注。以柔性衬底代替玻璃刚性衬底，使电池具有效率高、重量轻、可弯曲、耐冲击，携带方便等优点，可以应用于军民多个领域。随着临近空间探测领域的快速发展，飞艇、无人机等飞行器得到广泛应用。对轻质、弯曲和高质量比功率的柔性太阳能电池有着迫切需求，太阳能电池可以铺设在飞艇、无人机的表面作为电源。

尽管柔性钙钛矿太阳能电池制备技术不断取得突破，但由于离子迁移、材料及界面缺陷等问题，导致其对湿度、温度及光照极其敏感而产生分解，长期稳定性不佳，如何获得高效率、高质量比功率、长寿命的柔性钙钛矿电池仍是一项技术挑战。

现有柔性钙钛矿电池多采用带有透明电极的塑料为衬底，然后在上面沉积钙钛矿电池器件，其中塑料多为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，或聚醚砜(PES)，或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等聚合物材料。受塑料衬底耐温性、阻隔性及耐候性的限制，电池的制备温度通常不能超过150℃，这对制备工艺提出了极大的挑战；并且这些衬底材料不具备阻隔作用，不能阻隔空气中的水、氧进入钙钛矿电池内部，会导致器件分解；在长期紫外光照、高温等条件下，衬底材料自身会产生分解，难以满足户外长期应用的要求；衬底的厚度通常为100-175μm，导致器件的面密度较高，不能满足未来航空航天飞行器低面密度、高质量比功率的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术存在的问题，提供一种钙钛矿薄膜太阳能电池用柔性复合衬底，这种衬底具有紫外截止、耐候、阻隔、含透明导电膜等多种特点和功能，它克服了现有塑料衬底耐温性差、环境适应性不佳、不能阻隔水氧等技术难题，可有效增强柔性钙钛矿电池器件长期工作的稳定性，可满足民用领域及空间应用领域的需求。

本发明的另一个目的是提供这种柔性复合衬底的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种钙钛矿薄膜太阳能电池用柔性复合衬底，自下而上依次设置无机纳米涂层、基材、水氧阻隔层和透明导电膜；

所述无机纳米涂层为无机氧化物SiO₂或Al₂O₃，由纳米硅溶胶或纳米氧化铝溶胶涂布而成；所述溶胶固含量为10-30wt％，溶胶为水或乙二醇。

上述钙钛矿薄膜太阳能电池用柔性复合衬底，所述基材选自聚酰亚胺(PI)、四氟乙烯 -乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或乙烯-偏氟乙烯共聚物(ECTFE)中的一种，基材的透光率＞80％，优选透光率＞90％；基材的厚度为10-150μm，优选30-75μm。