本实用新型属于钙钛矿光伏组件制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿光伏组件。
背景技术：
钙钛矿是一类具有abx3晶体结构的材料总称。在有机卤化物钙钛矿结构中，a通常为甲铵（ma）、甲脒(fa)等阳离子，b为铅、锡等金属阳离子，x为氯、溴、碘等阴离子，这种有机卤化物钙钛矿具有优良的半导体特性，可以实现高质量的光能与电能的互相转换，因而可以制成光伏电池、发光二极管、探测器等。
工业上大面积制作光电器件的工艺中，通常将活性材料隔离成若干单个的小部分，再串联起来，从而提高整个活性区域的性能。对于钙钛矿材料，隔离后暴露出的活性侧面具有极高的反应活性，与空气中的水、氧接触反应导致材料的降解；此外，钙钛矿中的卤素阴离子与金属电极接触，发生化学反应导致金属的导电性下降。因而，对钙钛矿材料的侧面进行保护有助于提高器件的性能和稳定性。
在公开号为cn110534651a的专利中公开了钙钛矿太阳能电池和模块及其制备方法，采用高分子聚合物、氧化物、石墨烯等材料做为钙钛矿薄膜切割后侧面的隔离层，应用于钙钛矿太阳能电池。但该专利中采用的点胶法涂覆隔离层在实际应用中存在较多的缺陷，例如，点胶操作在空气中暴露时间长，钙钛矿受水氧侵蚀严重；点胶法所需要的切割间隔区较大，使光活性区域面积变小；胶水固化使用的高能紫外线会导致钙钛矿降解；胶水固化后存在体积的膨胀或收缩，影响对钙钛矿侧面的保护效果。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿光伏组件，在钙钛矿薄膜层切割后暴露面引入2d钙钛矿保护层保护，避免钙钛矿活性物质避免水氧侵蚀及金属-卤素离子的化学反应，提高光伏组件的稳定性。
本实用新型是这样实现的，提供一种钙钛矿光伏组件，其内部结构从下往上依次包括基底、导电材料层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层、顶电极层，在导电材料层上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层划断，在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层一样的制备材料并与第一载流子传输层导电连接，在顶电极层上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层，在切割线槽p4两侧的钙钛矿层的侧面分别设有2d钙钛矿保护层将其遮蔽，在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层一样的制备材料并与顶电极层导电连接，所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件。
本实用新型是这样实现的，提供一种钙钛矿光伏组件，其内部结构从下往上依次包括基底、导电材料层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层、顶电极层，在导电材料层上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层划断，在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层一样的制备材料并与第一载流子传输层导电连接，在顶电极层上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层，在切割线槽p4两侧的钙钛矿层的侧面及其顶面分别设有2d钙钛矿保护层将其遮蔽，在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层一样的制备材料并与顶电极层导电连接，所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件。
进一步地，所述钙钛矿层的制备材料是一种具有abx3型结构的卤化物晶体。
进一步地，基底的材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺中任意一种，导电材料层的制备材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌中任意一种。
进一步地，第一载流子传输层和第二载流子传输层分别相互为空穴传输材料和电子传输材料制备而成，空穴传输材料为氧化镍、氧化钒、氧化钼、硫化铜、硫氰酸亚铜、氧化铜、氧化亚铜、氧化钴、tapc、ptaa、pedot、poly-tpd、spiro-meotad中的任意一种材料，该层厚度为5nm~200nm；电子传输材料为二氧化钛、氧化锌、硫化镉、二氧化锡、三氧化二铟、氧化钨、氧化铈、c60、c70、pcbm中的任意一种材料，该层厚度为5nm~300nm。
与现有技术相比，本实用新型的钙钛矿光伏组件具有如下特点：
1、在暴露的钙钛矿层的侧面和顶面生成2d钙钛矿保护层，具有抑制离子迁移，阻隔水氧的作用，减轻了制备过程中水氧等环境因素对钙钛矿活性材料的破坏；
2、工艺简单，易于大面积生产；
3、通过结构和工艺的改进，提升了钙钛矿薄膜光电组件的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1和实施例3的钙钛矿光伏组件内部结构平面示意图；
图2为本实用新型实施例2和实施例4的钙钛矿光伏组件内部结构平面示意图；
图3为本实用新型实施例5的钙钛矿光伏组件内部结构平面示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
请参照图1所示，本实用新型钙钛矿光伏组件的第一种较佳实施例，其内部结构从下往上依次包括基底1、导电材料层2、第一载流子传输层3、钙钛矿层4、第二载流子传输层5、顶电极层7，在第二载流子传输层5与顶电极层7之间还设置有阻挡层6。
在导电材料层2上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层2划断。在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层3一样的制备材料并与第一载流子传输层3导电连接。切割线槽p1宽度为50nm~200μm，相邻的两个切割线槽p1之间的距离为1mm~30mm。
在顶电极层7上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层2。在切割线槽p4两侧的钙钛矿层4的侧面分别设有2d钙钛矿保护层8将其遮蔽。在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层7一样的制备材料并与顶电极层7导电连接。所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件9。
所述2d钙钛矿保护层8的制备材料包括有机胺卤化物，其有机胺阳离子的半径大于甲脒阳离子。有机胺卤化物是指有机物的分子结构中含有至少一个胺基与卤化氢反应的生成物，常用的有机胺卤化物中包括有胍基阳离子（c(nh2)3 ）、丁胺基阳离子（ch3(ch2)3nh3 ）、苯乙胺基阳离子(c6h5(ch2)2nh3 )中至少一种。常用的制备材料有丁胺氢碘酸盐（bai）、苯乙胺氢碘酸盐（peai）等。2d钙钛矿保护层8的厚度为5nm~100nm。
所述钙钛矿层4的制备材料是一种具有abx3型结构的卤化物晶体，其中，a为包括甲胺基（ch3nh3 ）、甲脒基（ch(nh2)2 ）、铯（cs ）一价阳离子中至少一种，b为包括铅离子（pb2 ）或亚锡离子（sn2 ）二价阳离子中至少一种，x为包括cl-、br-、i-中至少一种卤素阴离子。
在钙钛矿层4的制备材料中加入离子掺杂物，离子掺杂物为包括胍基阳离子（c(nh2)3 ）、丁胺基阳离子（ch3(ch2)3nh3 ）、苯乙胺基阳离子（c6h5(ch2)2nh3 ）有机胺阳离子中至少一种，或者包括锂、钠、钾、铷、硼、硅、锗、砷、锑、铍、镁、钙、锶、钡、铝、铟、镓、锡、铊、铅、铋、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金无机元素的阳离子中至少一种，或者还包括硫氰酸根（scn-）、醋酸根离子（ch3coo-）阴离子中至少一种。
基底1的材料包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚萘二甲酸乙二醇酯（pen）及聚酰亚胺（pi）中任意一种。导电材料层2的制备材料包括氧化铟锡（ito）、掺氟氧化锡（fto）、掺铝氧化锌（azo）中任意一种。基底1与导电材料层2组成透明导电基底，在可见光及近红外光波段高度透明的特性，特别的，在波长为350nm～800nm范围光透过率不低于80%。
第一载流子传输层3和第二载流子传输层5分别相互为空穴传输材料和电子传输材料制备而成。空穴传输材料包括氧化镍、氧化钒、氧化钼、硫化铜、硫氰酸亚铜、氧化铜、氧化亚铜、氧化钴、tapc（1,1'-偏(双-4-甲苯基氨苯)环己胺）、ptaa（聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]）、pedot、poly-tpd、spiro-meotad（2,2',7,7'-四(n,n-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴）和它们的掺杂物中的任意一种材料，该层厚度为5nm~200nm。电子传输材料包括二氧化钛、氧化锌、硫化镉、二氧化锡、三氧化二铟、氧化钨、氧化铈、c60、c70、pcbm（烷富勒烯苯基-c61-丁酸-甲酯）以及它们的衍生物和掺杂物中的任意一种材料，该层厚度为5nm~300nm。
阻挡层6是起到阻隔载流子复合、离子迁移、水氧扩散等作用的功能层，其制备材料包括金属离子扩散阻挡材料铬或铋，或者包括空穴阻挡材料2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲（bcp）、水氧阻隔材料聚偏氯乙烯（pvdc）中任意一种。阻挡层6的厚度为2nm~100nm。
实施例2
请参照图2所示，本实用新型钙钛矿光伏组件的第二种较佳实施例，其内部结构从下往上依次包括基底1、导电材料层2、第一载流子传输层3、钙钛矿层4、第二载流子传输层5、顶电极层7，在第二载流子传输层5与顶电极层7之间还设置有阻挡层6。
在导电材料层2上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层2划断。在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层3一样的制备材料并与第一载流子传输层3导电连接。
在顶电极层7上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层2。在切割线槽p4两侧的钙钛矿层4的侧面及其顶面分别设有2d钙钛矿保护层8将其遮蔽。在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层7一样的制备材料并与顶电极层7导电连接。所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件。
其他结构和特征与实施例1相同，不再赘述。
实施例3
请再参照图1所示，本实用新型实施例1的钙钛矿光伏组件的制备方法的第一种实施例，包括如下步骤：
步骤11、对沉积有ito导电材料层2的导电玻璃基底1进行刻划（激光切割），蚀刻去掉100μm宽度的ito，得到切割线槽p1。再将导电玻璃基底1清洗干净，氮气吹干，紫外臭氧处理。
刻划的方式包括激光切割和物理划线等加工方式，在该步骤中采用的激光切割方式。以下同。
步骤12、在导电基底1上沉积20nm厚的空穴传输材料niox作为第一载流子传输层3（空穴传输层）。待烘干后，狭缝连续涂布配制好的钙钛矿前驱体溶液，其中，甲胺氢碘酸盐与碘化铅的物质的量相等，溶解在体积比为4:1的n,n-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的混合溶剂中，碘化铅的浓度为0.7mol/l，100℃退火10min，制得500nm厚的钙钛矿层4。
步骤13、将10mg/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯苯溶液刮涂在钙钛矿层4表面，沉积厚度为30nm的牺牲层。制备牺牲层材料包括易溶于氯苯、乙醚或乙酸乙酯非极性溶剂的高分子有机物，常用的制备牺牲层材料为聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），聚苯乙烯（ps）等。
步骤14、对步骤13处理的基底薄膜层进行刻划得到切割线槽p2，其底部露出ito导电材料层2。切割线槽p2位于切割线槽p1右侧100nm处，与切割线槽p1平行。切割线槽p2的宽度为300μm。
步骤15、在步骤14处理后的薄膜上连续狭缝涂布4mg/ml的peai（c6h5(ch2)2nh3i）的异丙醇溶液，100℃下退火10min，在切割线槽p2两侧的3d钙钛矿层4表面原位生长2d钙钛矿保护层8。
步骤16、先用异丙醇溶解除去残余的peai，再用氯苯溶解除去牺牲层。
步骤17、在步骤16处理后的薄膜上蒸镀30nm厚的c60、5nm厚的bcp作为第二载流子传输层5（电子传输层）和阻挡层6（空穴阻挡层）。
步骤18、通过激光刻蚀的方法除去原切割线槽p2区域的多余材料，暴露出底部的ito导电材料层2，得到切割线槽p3。在切割线槽p3处理后的薄膜表面真空蒸镀150nm的银作为顶电极层7。
步骤19、通过物理划线的方法对原切割线槽p3区域的银电极隔断，宽度为100μm，暴露出ito导电材料层2，确保p4右侧截面的银完全除去，得到切割线槽p4。切割线槽p4的宽度小于切割线槽p3，在切割线槽p4左侧保留有顶电极层7的制备材料。
实施例4
请再参照图2所示，本实用新型实施例2的钙钛矿光伏组件的制备方法的第一种实施例，包括如下步骤：
步骤21、对沉积有fto导电材料层2的导电玻璃基底1进行刻划（激光切割），蚀刻去掉80μm宽度的fto，得到切割线槽p1。再将导电玻璃基底1清洗干净，氮气吹干，紫外臭氧处理。
步骤22、在导电基底1上沉积20nm厚的空穴传输材料pedot:pss作为第一载流子传输层3（空穴传输层）。待烘干后，在基底上旋涂碘化铅的甲胺乙酸溶液，60℃退火2min，制得300nm厚的碘化铅前驱体层。在其上旋涂一层摩尔比为10:1的甲脒氢碘酸盐与甲胺氢氯酸盐的混合异丙醇溶液。其中，甲脒氢碘酸盐的浓度为60mg/ml。然后150℃退火60min。冷却后，用乙醇快速溶解去除表面残余的甲脒氢碘酸盐与甲胺氢氯酸盐，再于100℃退火10min，制得钙钛矿层4。
步骤23、对步骤22处理的基底薄膜层进行刻划得到切割线槽p2，其底部露出fto导电材料层2。切割线槽p2位于切割线槽p1右侧1μm处，与切割线槽p1平行。切割线槽p2的宽度为300μm。
步骤24、在步骤23处理后的薄膜上旋涂3mg/ml的二甲胺氢碘酸盐叔丁醇溶液，100℃下退火20min，在3d钙钛矿层4表面原位生长2d钙钛矿保护层8。
步骤25、用叔丁醇溶解除去多余的二甲胺氢碘酸盐。
步骤26、在步骤25处理后的薄膜上旋涂pc71bm制成30nm厚的第二载流子传输层5（电子传输层），依次蒸镀10nm厚的硫化锌，10nm厚的铬作为阻隔层6。
步骤27、通过激光刻蚀的方法除去原切割线槽p2区域的多余材料，暴露出底部的fto导电材料层2，得到切割线槽p3。在切割线槽p3处理后的薄膜表面真空蒸镀120nm的铜作为顶电极层7。
步骤28、通过物理划线的方法对原切割线槽p3区域的金属铜电极隔断，宽度为70μm，暴露出fto导电材料层2，确保p4右侧截面的铜完全除去，得到切割线槽p4。切割线槽p4的宽度小于切割线槽p3，在切割线槽p4左侧保留有顶电极层7的制备材料。
实施例5
请再参照图3所示，本实用新型实施例1的钙钛矿光伏组件的制备方法的第三种实施例，包括如下步骤：
步骤31、对沉积有azo导电材料层2的导电玻璃基底1进行刻划（激光切割），蚀刻去掉200μm宽度的azo，得到切割线槽p1。再将导电玻璃基底1清洗干净，氮气吹干，紫外臭氧处理。
步骤32、在导电基底1上沉积25nm厚的电子传输材料sno2作为第一载流子传输层3（电子传输层）。待烘干后，运用roll-to-roll技术，在氮气氛围中将基底加热到60℃，在热风辅助下将配制好的钙钛矿前驱体溶液cs0.15fa0.85pbi3涂布到基底1上，其中，溶液的浓度为1mol/l，溶剂为1,4-丁内酯及少量n-甲基吡咯烷酮。然后快速浸入并通过氯苯溶液，再在100℃退火30min，制得600nm厚的钙钛矿层4。
步骤33、将pvdc蒸镀到钙钛矿层4表面，沉积厚度为20nm的牺牲层。
步骤34、对步骤33处理的基底薄膜层进行刻划得到切割线槽p2，其底部露出azo导电材料层2。切割线槽p2位于切割线槽p1左侧10μm处，与切割线槽p1平行。切割线槽p2的宽度为500μm。
步骤35、在步骤34处理后的薄膜上蒸镀20nm溴化胍，在适量异丙醇的溶剂氛围下100℃下退火30min，在切割线槽p2两侧的3d钙钛矿层4表面原位生长2d钙钛矿保护层8。
步骤36、先用异丙醇溶解除去残余的溴化胍，再用氯苯溶解除去牺牲层。
步骤37、在步骤36处理后的薄膜上涂布100nm厚的spiro-meotad（内掺杂双三氟甲烷磺酰亚胺锂、叔丁基吡啶）作为第二载流子传输层5（空穴传输层），蒸镀20nm厚的铋作为阻隔层6。
步骤38、通过激光刻蚀的方法除去原切割线槽p2区域的多余材料，暴露出底部的azo导电材料层2，得到切割线槽p3。在切割线槽p3处理后的薄膜表面溅射70nm的ito作为顶电极层7。
步骤39、通过物理划线的方法对原切割线槽p3区域的ito隔断，宽度为200μm，暴露出azo导电材料层2，确保p4左侧截面的ito完全除去，得到切割线槽p4。切割线槽p4的宽度小于切割线槽p3，在切割线槽p4右侧保留有顶电极层7的制备材料。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种钙钛矿光伏组件，其内部结构从下往上依次包括基底、导电材料层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层、顶电极层，其特征在于，在导电材料层上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层划断，在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层一样的制备材料并与第一载流子传输层导电连接，在顶电极层上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层，在切割线槽p4两侧的钙钛矿层的侧面分别设有2d钙钛矿保护层将其遮蔽，在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层一样的制备材料并与顶电极层导电连接，所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件。
2.一种钙钛矿光伏组件，其内部结构从下往上依次包括基底、导电材料层、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层、顶电极层，其特征在于，在导电材料层上设置有n-1条切割线槽p1，切割线槽p1将导电材料层划断，在切割线槽p1内填充满与第一载流子传输层一样的制备材料并与第一载流子传输层导电连接，在顶电极层上设置有n-1条切割线槽p4，每条切割线槽p4位于对应的切割线槽p1一侧，切割线槽p4的底部露出导电材料层，在切割线槽p4两侧的钙钛矿层的侧面及其顶面分别设有2d钙钛矿保护层将其遮蔽，在切割线槽p4的一侧填充有与顶电极层一样的制备材料并与顶电极层导电连接，所述钙钛矿光伏组件在n-1条切割线槽p1和切割线槽p4的共同作用下被分割成n个钙钛矿光伏子组件。
3.如权利要求1或2所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿层的制备材料是一种具有abx3型结构的卤化物晶体。
4.如权利要求1或2所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，基底的材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺中任意一种，导电材料层的制备材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌中任意一种。
5.如权利要求1或2所述的钙钛矿光伏组件，其特征在于，第一载流子传输层和第二载流子传输层分别相互为空穴传输材料和电子传输材料制备而成，空穴传输材料为氧化镍、氧化钒、氧化钼、硫化铜、硫氰酸亚铜、氧化铜、氧化亚铜、氧化钴、tapc、ptaa、pedot、poly-tpd、spiro-meotad中的任意一种材料，该层厚度为5nm~200nm；电子传输材料为二氧化钛、氧化锌、硫化镉、二氧化锡、三氧化二铟、氧化钨、氧化铈、c60、c70、pcbm中的任意一种材料，该层厚度为5nm~300nm。
技术总结