[发明专利]钙钛矿电池组件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了钙钛矿电池组件及其制备方法和应用。该制备方法包括：在衬底上形成底电极层，并对底电极层进行P1激光刻蚀；在底电极层和P1刻蚀区域上依次形成第一载流子传输层、钙钛矿吸收层和第二载流子传输层，并基于预设的P1刻蚀区域和P2刻蚀区域之间的间距对第一载流子传输层、钙钛矿吸收层和第二载流子传输层进行P2离焦激光刻蚀；在第二载流子传输层和P2刻蚀区域上形成顶电极层，并基于预设的P1刻蚀区域和P3刻蚀区域之间的间距对顶电极层、第一及第二载流子传输层、钙钛矿吸收层进行P3离焦激光刻蚀。该方法采用离焦激光刻蚀方式，能拓宽工艺窗口并改善工艺稳定性，得到GFF达到95％的高效钙钛矿组件，60cm²有效面积的组件效率可达到20.5％。

技术领域

本发明属于钙钛矿电池领域，具体而言，涉及钙钛矿电池组件及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，迅速发展的钙钛矿太阳能电池光电转换效率已经突破25％，被《Science》认为是近十年来最具科学价值的发现，是有望取代晶硅电池的新一代经济环保型太阳能电池。而如何使小面积的钙钛矿太阳能电池串联制备成大面积的太阳能组件，实现大面积太阳能组件的生产是目前钙钛矿太阳能电池领域需要攻克的重要难题，现阶段行业内大部分使用激光刻蚀工艺将做好的大面积薄膜进行刻蚀分割成一节节独立的小面积薄膜，通过逐层镀膜再刻蚀，按照合理的组件设计以达到串联每一节小面积电池的目的，实现大面积太阳能组件的生产。

目前，薄膜太阳能组件的激光刻蚀领域内，针对电池的不同膜层会使用不同波段的激光进行作业，基本为1064nm红外激光或者532nm绿激光刻蚀P1(针对透明导电氧化物薄膜TCO，即太阳能组件的底电极)，355nm紫外激光或者532nm绿激光刻蚀P2(针对太阳光吸收层和载流子传输层)，355nm紫外和532nm绿光刻蚀P3(针对太阳光吸收层、载流子传输层和太阳能组件的顶电极)，然而，现有技术多针对非晶硅太阳能组件、铜铟镓硒太阳能组件、碲化镉太阳能组件，钙钛矿太阳能组件尚未市场化，其激光刻蚀工艺也尚在逐步完善过程中。另外，现有的激光加工方式是把焦点置于被加工的薄膜表面，激光能量高度集中，使膜层迅速升温气化，达到刻蚀的目的。而正是因为能量高度集中，任一个因素的微小变化都会导致激光加工效果的明显差异，工艺不具备连续可调的特性，因此只存在很小的工艺窗口且工艺稳定性存在波动。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出钙钛矿电池组件及其制备方法和应用。

本申请主要是基于以下问题和发现提出的：

现有技术中，为了最为精准地进行加工，激光的焦点都在薄膜的表面，但是针对钙钛矿太阳能组件的激光工艺，这种方式导致的工艺窗口过窄，容错能力小，工艺效果波动大，不利于大规模的工业生产。另外，P1/P2/P3所占据的区域称为太阳能组件的“死区(Deadarea)”，该区域无法将太阳光有效的转换为电能，它的作用是串联相邻的两节小面积电池。电池宽度为“死区”宽度加有效电池宽度，GFF(几何填充因子)即电池有效宽度与电池宽度的比值。而对于一个质量合格的钙钛矿太阳能组件，每条刻蚀线达到刻蚀效果充分且不损坏底电极、对同层刻线相邻部分无明显热影响的情况下，实现其完整性，才能让每块电池实现完好无损的串联，但这种钙钛矿太阳能组件在目前激光刻蚀工艺情况下，工艺窗口狭窄，实现GFF达到甚至超过95％难度极大，现有技术中还没有GFF达到95％甚至更高的相关报道。发明人发现，可以明显影响GFF的原因一方面是激光加工设备的定位控制精度，另一方面就是激光加工工艺能否达到相关的刻蚀要求。

为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备钙钛矿组件的方法，以使激光加工工艺能够达到更好地满足刻蚀要求。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)在衬底上形成底电极层，并对所述底电极层进行P1激光刻蚀；