本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著人類社會的不斷進(jìn)步，對于能源的需求不斷增加，傳統(tǒng)化石能源的增加探明儲量低于消耗量，造成能源危機(jī)，而大量使用化石能源造成環(huán)境污染，使得能源短缺與環(huán)境污染這兩大問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，各國都在著力探索和打造自己的新能源，而太陽能電池作為一種清潔可再生的能源，能很好地同時(shí)解決能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大難題，具有很廣闊的發(fā)展前景。但是，太陽能電池的發(fā)電成本還是較傳統(tǒng)的化石能源的發(fā)電成本高，因此，研發(fā)高效率低成本的新型太陽能電池是實(shí)現(xiàn)太陽能廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。

鈣鈦礦太陽能電池是一種由有機(jī)材料和無機(jī)材料組合成的新型太陽能電池，和單晶硅、多晶硅、薄膜太陽能電池一樣，都是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。和其它種類的太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池的成本低、制造便宜、具有柔韌性。但是由于存在穩(wěn)定性差的問題，始終停留在研究領(lǐng)域，沒有在市場上大范圍應(yīng)用。

但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展逐漸加速，其中有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池自2009年以來，其電池轉(zhuǎn)換效率以驚人的速度從3.8％提高到22.1％。

其中，碳基鈣鈦礦太陽能電池是在這領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一，其穩(wěn)定性好。而制備這類碳基鈣鈦礦太陽電池通常采用濕法刻蝕的方法將導(dǎo)電玻璃作為兩塊不同電極區(qū)域，中間刻蝕區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)域，兩邊為導(dǎo)電區(qū)。但若刻蝕時(shí)間控制不當(dāng)，容易發(fā)生過度刻蝕而導(dǎo)致導(dǎo)電玻璃的方塊電阻增大以及影響到電池光電性能等一系列問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，采用電極拼接的方式替代濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃，解決了電池制作器件濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃所帶來的難控性問題，減少操作方面的麻煩，工藝簡單，制作成本低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，包括：

通過機(jī)械切割獲得去除邊緣導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃；

多塊所述導(dǎo)電玻璃通過膠黏層在玻璃基板上拼接；

在所述導(dǎo)電玻璃的上表面的預(yù)定區(qū)域從下到上依次沉積空穴阻擋層、鈣鈦礦吸光層作為電池片光陽極；

在所述導(dǎo)電玻璃的上表面設(shè)置導(dǎo)電碳膜作為電池片光陰極；

所述導(dǎo)電碳膜與所述鈣鈦礦吸光層連接，所述電池片的光陰極與相鄰的前一所述電池片或后一所述電池片的光陽極的導(dǎo)電玻璃連接。

其中，所述空穴阻擋層的沉積方法包括：

采用耐高溫膠帶保護(hù)所述導(dǎo)電玻璃的光陽極引出電極區(qū)域；

在所述導(dǎo)電玻璃上旋涂TiO₂溶膠，并靜置5min～10min；

將所述旋涂TiO₂溶膠的導(dǎo)電玻璃在95℃～100℃下干燥5min～10min；

對干燥后的所述導(dǎo)電玻璃在490℃～500℃下高溫?zé)Y(jié)，獲得TiO₂致密層作為空穴阻擋層。

其中，所述TiO₂致密層的厚度為100nm～200nm。

其中，所述鈣鈦礦吸光層的沉積方法，包括：

在所述TiO₂致密層上用乙醇稀釋后的TiO₂漿料通過旋涂法制作TiO₂介孔層；

取1mmol～1.2mmol PbI₂，溶于DMF溶劑中，在80℃～90℃水浴中密封磁力攪拌30min～32min，配成1.0mol/L～1.2mol/L的A液；

將所述A液滴在所述介孔層上，靜置15s～20s后進(jìn)行旋涂，根據(jù)所需厚度來控制旋涂次數(shù)，每次旋涂后靜置5min～10min，并在90℃～100℃下干燥15min～20min后得到均勻平整的PbI₂薄膜；

將所述PbI₂薄膜放置在7mg/mL～10mg/mL溶劑為異丙醇的CH₃NH₃I溶液中靜置；

靜止預(yù)定反應(yīng)時(shí)間后取出后，將反應(yīng)后的所述PbI₂薄膜置于90℃～100℃下干燥15min～20min，得到鈣鈦礦薄膜。

其中，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為300nm～500nm。

其中，所述導(dǎo)電碳膜的厚度為10μm～25μm。

其中，所述導(dǎo)電玻璃為鍍摻氟氧化錫導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃。

其中，所述導(dǎo)電玻璃的厚度為1mm～2.3mm。

其中，所述玻璃基板的厚度為1mm～1.2mm。

其中，所述膠黏層為雙面膠層或環(huán)氧樹脂層。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，包括：

通過機(jī)械切割獲得去除邊緣導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃；

多塊所述導(dǎo)電玻璃通過膠黏層在玻璃基板上拼接；

在所述導(dǎo)電玻璃的上表面的預(yù)定區(qū)域從下到上依次沉積空穴阻擋層、鈣鈦礦吸光層作為電池片光陽極；

在所述導(dǎo)電玻璃的上表面設(shè)置導(dǎo)電碳膜作為電池片光陰極；

所述導(dǎo)電碳膜與所述鈣鈦礦吸光層連接，所述電池片的光陰極與相鄰的前一所述電池片或后一所述電池片的光陽極的導(dǎo)電玻璃連接。

所述電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，通過機(jī)械切割的方式進(jìn)行導(dǎo)電玻璃切割，獲得需要尺寸的導(dǎo)電玻璃，切割過程中去掉了邊緣的導(dǎo)電膜，絕緣了相鄰的光陽極和光陰極，然后進(jìn)行電極拼接，避免了濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃帶來的難控性問題，降低了工藝難度。同時(shí)，電池的光陽極與光陰極可分別獨(dú)立制作，降低了電池制作成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法制備的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1-2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法制備的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實(shí)施方式中，所述電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，包括：

步驟1，通過機(jī)械切割獲得去除邊緣導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃3；

步驟2，多塊所述導(dǎo)電玻璃3通過膠黏層2在玻璃基板1上拼接；

步驟3，在所述導(dǎo)電玻璃3的上表面的預(yù)定區(qū)域從下到上依次沉積空穴阻擋層4、鈣鈦礦吸光層5作為電池片光陽極；

步驟4，在所述導(dǎo)電玻璃3的上表面設(shè)置導(dǎo)電碳膜作為電池片光陰極；

步驟5，將所述導(dǎo)電碳膜與所述鈣鈦礦吸光層5連接，所述電池片的光陰極與相鄰的前一所述電池片或后一所述電池片的光陽極的導(dǎo)電玻璃3連接。

所述電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，通過機(jī)械切割的方式進(jìn)行導(dǎo)電玻璃3切割，獲得需要尺寸的導(dǎo)電玻璃3，切割過程中去掉了邊緣的導(dǎo)電膜，絕緣了相鄰的光陽極和光陰極，然后進(jìn)行電極拼接，避免了濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃3帶來的難控性問題，降低了工藝難度。同時(shí)，電池的光陽極與光陰極可分別獨(dú)立制作，降低了電池制作成本。同時(shí)，如果在拼接過程中發(fā)現(xiàn)有電池不能正常工作，可以直接拆除，換上新的電池片，由于每一片電池片的結(jié)構(gòu)都相同，采用直接替換即可，光陽極區(qū)或光陰極區(qū)損壞直接替換即可，簡單方便，成本低。

在本發(fā)明中，電池片的光陽極的制作與光陰極的制作互不影響，只要在各自制作完成之后進(jìn)行電極拼接即可，大大降低了工藝難度和制作成本。

前期都是先將切割好的導(dǎo)電玻璃3設(shè)置在玻璃基板1上，然后光陽極部分沉積空穴阻擋層4、鈣鈦礦吸收層，而光陰極部分設(shè)置導(dǎo)電碳膜，然后將光陰極覆蓋在光陽極上，導(dǎo)電碳膜與鈣鈦礦吸收層連接，光陰極部分與下一電池片或上一電池片延伸或外露的導(dǎo)電玻璃3連接，實(shí)現(xiàn)相鄰電池片的串聯(lián)，制作工藝簡單，制作成本低。

本發(fā)明中，將導(dǎo)電玻璃3中設(shè)置有導(dǎo)電膜的一面定義為導(dǎo)電玻璃3的上表面。

本發(fā)明對機(jī)械切割導(dǎo)電玻璃3過程中，使用什么機(jī)械，如何切割不做具體限定，可以是利用機(jī)械切割的低切割精度，進(jìn)行切割，也可以是利用將切割面向?qū)щ姴Ａ?內(nèi)側(cè)傾斜的方式，使得切割獲得的導(dǎo)電玻璃3的側(cè)面不是與地面垂直，而是與地面成一銳角，使得在電極拼接過程中，相鄰的導(dǎo)電玻璃3邊緣的導(dǎo)電膜有一定的間距，實(shí)現(xiàn)自然絕緣。

需要說明的是，在本發(fā)明中，除了可以采用導(dǎo)電碳膜作為空穴傳輸層外，還可以采用其它材質(zhì)的空穴傳輸層，本發(fā)明對此不作具體限定。

由于在本發(fā)明中，是采用電極拼接的方式，將相鄰的兩塊鈣鈦礦太陽能電池拼接起來，包括光陽極的拼接，也包括光陰極的拼接，在將光陽極部分制作完成之后，空穴阻擋層4、鈣鈦礦吸光層5沉積在同一塊作為光陽極的導(dǎo)電玻璃3上，相鄰的兩塊鈣鈦礦太陽能電池的光陽極直接進(jìn)行拼接，由于作為光陽極的導(dǎo)電玻璃3在機(jī)械加工過程中邊緣的導(dǎo)電膜被破壞，這樣相鄰的兩塊鈣鈦礦太陽能電池的光陽極被絕緣。

而同樣的，對于光陰極的拼接方式與光陽極類似，將相鄰的兩塊鈣鈦礦太陽能電池的光陰極拼接起來。

本發(fā)明中的電池拼接可以是以一定的間距將導(dǎo)電玻璃3設(shè)置在玻璃基板上，但是為了減少空間浪費(fèi)，提高空間利用效率，盡量減少導(dǎo)電玻璃之間的間距。

將兩塊導(dǎo)電玻璃3設(shè)置在玻璃基板1上，采用商業(yè)導(dǎo)電碳漿通過玻璃棒和膠帶輔助刮涂的方式在兩塊導(dǎo)電玻璃3的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)置導(dǎo)電碳膜。當(dāng)然，也可以采用某些特殊的方式，直接在導(dǎo)電玻璃3上設(shè)置導(dǎo)電碳膜，導(dǎo)電碳膜與導(dǎo)電玻璃3上的導(dǎo)電膜由于特殊的關(guān)系結(jié)合，而沒有導(dǎo)電膜的區(qū)域?qū)щ娞寄づc玻璃結(jié)合力較差，可以通過清洗等方式將兩塊導(dǎo)電玻璃3的結(jié)合處的導(dǎo)電碳膜去掉?；蛘呖梢圆捎迷谠O(shè)置導(dǎo)電碳膜時(shí)，設(shè)置有導(dǎo)電玻璃3的基板放置在特殊的模板下，采用模板將導(dǎo)電玻璃3中不需要設(shè)置導(dǎo)電碳膜的位置遮擋，這樣設(shè)置的導(dǎo)電碳膜就只會被設(shè)置在作為光陰極的導(dǎo)電玻璃3的指定區(qū)域。

本發(fā)明中的導(dǎo)電碳膜的作用是作為空穴傳輸層，提高空穴到光陰極的效率，所述導(dǎo)電碳膜的厚度一般為10μm～25μm。

當(dāng)然，還可以通過其它的制作方式制作導(dǎo)電碳膜，本發(fā)明對導(dǎo)電碳膜的厚度以及制作方式不作具體限定。

在本發(fā)明中，還可以使用其它的空穴傳輸層設(shè)置在光陰極，本發(fā)明對此不作具體限定。

通過光陽極、光陰極的獨(dú)立制作，無需像現(xiàn)有技術(shù)中一樣，制作光陽極與光陰極有前后順序，只要以預(yù)定的尺寸參數(shù)制作，最后就可以直接進(jìn)行電極拼接連接，這樣會大大的提高制作效率，降低制造成本。

本發(fā)明中空穴阻擋層4一般使用TiO₂致密層，所述空穴阻擋層4的沉積方法包括：

采用耐高溫膠帶保護(hù)所述導(dǎo)電玻璃3的光陽極引出電極區(qū)域；

在所述導(dǎo)電玻璃3上旋涂TiO₂溶膠，并靜置5min～10min；

將所述旋涂TiO₂溶膠的導(dǎo)電玻璃3在95℃～100℃下干燥5min～10min；

對干燥后的所述導(dǎo)電玻璃3在490℃～500℃下高溫?zé)Y(jié)，獲得TiO₂致密層作為空穴阻擋層4。

所述TiO₂致密層的厚度為100nm～200nm。

光陽極的引出電極是為了與前一個(gè)電池或后一個(gè)電池的光陰極連接，在發(fā)明中采用耐高溫膠帶進(jìn)行保護(hù)是為了使得該區(qū)域不進(jìn)行后需的空穴阻擋層4、鈣鈦礦吸收層的沉積，或者是在沉積之后，將耐高溫膠帶去掉即可。在本發(fā)明中，除了使用耐高溫膠帶進(jìn)行保護(hù)之外，還可以使用其它的方式進(jìn)行保護(hù)，本發(fā)明對此不作具體限定。

需要指出的是，本發(fā)明對空穴阻擋層4的材質(zhì)、厚度、致密度以及沉積工藝不做具體限定，空穴阻擋層4的作用是為了防止鈣鈦礦吸光層5中的空穴向光陽極擴(kuò)散，本發(fā)明中還可以使用其它的空穴阻擋層4。

而對于鈣鈦礦吸光層的沉積方法，一般使用下述方法，包括：

在所述TiO₂致密層上用乙醇稀釋后的TiO₂漿料通過旋涂法制作TiO2介孔層；

取1mmol～1.2mmol PbI₂，溶于DMF溶劑中，在80℃～90℃水浴中密封磁力攪拌30min～32min，配成1.0mol/L～1.2mol/L的A液；

將所述A液滴在所述介孔層上，靜置15s～20s后進(jìn)行旋涂，根據(jù)所需厚度來控制旋涂次數(shù)，每次旋涂后靜置5min～10min，并在90℃～100℃下干燥15min～20min后得到均勻平整的PbI₂薄膜；

將所述PbI₂薄膜放置在7mg/mL～10mg/mL溶劑為異丙醇的CH3NH3I溶液中靜置；

靜止預(yù)定反應(yīng)時(shí)間后取出后，將反應(yīng)后的所述PbI₂薄膜置于90℃～100℃下干燥15min～20min，得到鈣鈦礦薄膜。

通過設(shè)置TiO₂介孔結(jié)構(gòu)作為電子傳輸層，提高鈣鈦礦吸光層5中的電子傳輸?shù)焦怅枠O，增加擴(kuò)散距離，減少復(fù)合，提高光吸收效率。

鈣鈦礦吸光層的厚度一般為300nm～500nm。

需要指出的是，在本發(fā)明中是采用低溫的方法制作TiO₂介孔結(jié)構(gòu)，還可以采用高溫的方法制作TiO₂介孔結(jié)構(gòu)，只是制作的工藝成本不同，在本發(fā)明中并不限定于采用上述的方法制作鈣鈦礦吸光層，對鈣鈦礦吸光層的類型和厚度不做具體限定。

在本發(fā)明中，鈣鈦礦吸光層5一般是將空穴阻擋層4遮擋，避免空穴阻擋層4直接與光陰極6的導(dǎo)電碳膜接觸，形成漏電。

在一種具體實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電玻璃3為鍍摻氟氧化錫導(dǎo)電膜的導(dǎo)電玻璃3。

導(dǎo)電玻璃3的厚度一般為1mm～2.3mm。這里的導(dǎo)電玻璃3的厚度是指玻璃部分和導(dǎo)電膜的總和。

需要指出的是，本發(fā)明對導(dǎo)電玻璃3的厚度以及導(dǎo)電玻璃3的導(dǎo)電膜的厚度、類型和沉積方式不做具體限定。

所述玻璃基板1的厚度一般為1mm～1.2mm。

導(dǎo)電玻璃3與玻璃基板1通過膠黏層2連接，玻璃基板1的作用是固定導(dǎo)電玻璃3，所述膠黏層2為雙面膠層或環(huán)氧樹脂層，雙面膠也可以為普通雙面膠、也可以為耐高溫雙面膠。當(dāng)然，在本發(fā)明中，還可以采用其它的膠黏層2連接導(dǎo)電玻璃3與玻璃基板1，本發(fā)明對其厚度和類型不做具體限定。

在一種具體實(shí)施方式中，玻璃基板厚度為1.2mm，導(dǎo)電玻璃3的厚度為2.2mm，TiO₂致密層厚度為125nm，鈣鈦礦吸光層厚度為350nm，導(dǎo)電碳膜厚度為20μm。

在另一個(gè)實(shí)施例中，碳基鈣鈦礦型太陽能電池的結(jié)構(gòu)為：玻璃基板厚度為1.1mm，透明導(dǎo)電玻璃3厚度為2.2mm，TiO₂致密層厚度為150nm，鈣鈦礦吸光層厚度為435nm，導(dǎo)電碳膜厚度為20μm。

在另一個(gè)實(shí)施例中，碳基鈣鈦礦型太陽能電池的結(jié)構(gòu)為：玻璃基板厚度為1.0mm，透明導(dǎo)電玻璃3厚度為2.2mm，TiO₂致密層厚度為200nm，鈣鈦礦吸光層厚度為490nm，導(dǎo)電碳膜厚度為20μm。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法，通過將機(jī)械切割的方式切割的導(dǎo)電玻璃進(jìn)行電極拼接，替換現(xiàn)有技術(shù)中采用濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃，有效絕緣光陰極層和光陽極層，避免了電池制作器件采用濕法刻蝕導(dǎo)電玻璃帶來的難控性問題，降低了工藝難度，光陰極層的下表面設(shè)置導(dǎo)電碳膜作為空穴傳輸層，降低了電池制作成本。

以上對本發(fā)明所提供的電極拼接式碳基鈣鈦礦太陽能電池制備方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。