[发明专利]一种透明光伏器件及其制造方法

说明书

一种透明光伏(PV)器件包括半透明基板120和至少一个透明光伏(PV)电池100，所述PV电池100包括设置在所述基板120上的叠层110，所述叠层110包括：正面电极层112、背面电极层113以及位于所述阳极层与所述阴极层之间的钙钛矿光活性层111。所述背面电极层113包括碳，其中所述叠层110包括激光制造的透光孔130，所述激光制造的透光孔130至少延伸穿过所述背面电极层113和所述钙钛矿光活性层111，其中所述透光孔130被促进功率转换的所述叠层110完全包围，使得所述单个PV电池的所述叠层110是电连续的。

技术领域

本公开涉及一种透明光伏器件及其制造方法。

背景技术

薄膜钙钛矿光伏(PV)器件具有高吸收系数、高功率转换效率、低重量和高速生产能力，因此很有吸引力。

这种器件的理想特征是半透明性或透明性，这涉及能耗的不断增加。半透明和透明PV器件，尤其是那些轻型、优选地柔性PV器件，适合应用于窗户和其它透视表面上。因此，这类PV器件不仅可以覆盖不透明的表面(例如屋顶或墙壁)，而且还可以表现为建筑物的玻璃墙壁、车窗贴膜和车体贴膜的形式，以及蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑以及其它电子设备的外壳形式。

已知钙钛矿PV器件的半透明性/透明性通过三种不同的方法获得。第一种方法涉及使用半透明材料，从而实现器件的半透明性。第二种方法包括为PV器件的各个层使用金属等不透明材料，随后部分去除不透明材料，从而形成使光能够穿过设备的透视孔。去除通常通过机械擦洗或激光烧蚀来完成。第三种方法是在实现透明性的导电聚合物层上沉积金属栅。沉积通过不同的印刷技术(例如喷墨、丝网等)实现。

通过第一种方法获得的PV器件通常称为半透明PV器件，而通过第二种方法和第三种方法获得的PV器件称为透明PV器件。

尽管激光烧蚀可实现PV器件所需的透明性，但会去除PV电池的工作材料的一部分，从而降低整个PV器件的效率。尽管如此，就基本上高效的PV器件(例如，具有钙钛矿光活性层的那些PV器件)而言，该缺陷变得可忽略不计。此外，所获得的透明器件的效率可以通过增大或减小烧蚀区域的大小来控制，而根据各个应用的需要，在所需透明性与烧蚀材料体积之间进行适当平衡可以实现PV器件的所需特性。

然而，在透明PV器件领域中仍然存在重大缺点，这与烧蚀方法本身相关，因此形成的透视孔的特性可实现透明性。此外，根据所使用的材料，一些透明PV器件还显示出红色高透明度，这限制了其应用范围。

与后者不同，透明钙钛矿PV器件的特征在于中性色光透射。此外，这种钙钛矿PV器件显示出高功率转换效率，因此可用于形成有透视孔的透明PV器件领域。

科学出版物“透明、中性色、高效钙钛矿薄膜太阳能电池组件”，L.Rakocevic等人著，《材料化学学报C》(2018年，DOI:10.1039/C7TC05863B)描述了一种透明钙钛矿PV器件，其中透光孔通过激光烧蚀和机械擦洗获得。该器件构成具有平面n-i-p结构的钙钛矿太阳能PV电池组件。该组件由单块互连PV电池组成。用于制造PV器件的方法包括形成不透明器件，并且随后在条带设计中再应用图案化(称为P4)。P4图案化方法涉及去除四个层：底部(背面)接触层、空穴传输层、钙钛矿光活性层和电子传输层。尽管如此，图案化P4不会去除正面接触层，即直接设置在半透明基板上的电极。在一个实施例中通过使用皮秒激光烧蚀执行并且在第二实施例中使用机械擦洗方法执行图案化P4。所获得的条带彼此平行，一起形成交替的不透明和透明条带设计，其中每个不透明条带充当单个组件。因此，所形成的透明孔在某种程度上将一个PV电池划分为设置在半透明正面电极层上的多个电连接的较小条带状结构。因此，该器件的透光孔未被促进功率转换的叠层中的各层完全包围(特别是，考虑到顶部金属电极在激光烧蚀期间的分层，P4包围是非活性的)。假如激光图案化会引起损坏，即PV器件的功能层分层，该出版物还会描述这两种方法的缺点。