钙钛矿电池及钙钛矿电池的制备方法与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿电池及钙钛矿电池的制备方法。


背景技术：

2.太阳电池是一种能够将太阳能直接转化为电能的器件。因为太阳能是一种清洁且可持续的能源，所以能够直接利用太阳能的太阳电池也受到广泛关注和研究。
3.钙钛矿电池采用钙钛矿结构的材料作为将光能转换为电能的介质，具有较为可观且媲美硅基太阳电池的转换效率，具有极大的商业应用价值。为了充分发挥钙钛矿电池的性能，目前通常会在制备过程中对钙钛矿电池进行激光划刻以实现多个子电池的串联连接。激光划刻的过程会对钙钛矿材料产生明显的损伤，这导致了钙钛矿电池效率的降低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够改善钙钛矿材料损伤的钙钛矿电池、以提高钙钛矿电池的效率。
5.根据本公开的一些实施例，提供了一种钙钛矿电池，其包括衬底和设置于所述衬底上的功能层，所述功能层包括第一电极层、第二电极层以及设置于所述第一电极层和所述第二电极层之间的钙钛矿层；
6.所述功能层中设置有第一间隔槽，所述第一间隔槽在所述功能层中间隔出多个功能块，所述第一间隔槽贯穿所述第一电极层和所述钙钛矿层，所述第一间隔槽将所述第一电极层间隔出多个第一电极块，所述第一间隔槽将所述钙钛矿层间隔出多个钙钛矿块，所述功能块包括所述第一电极块和所述钙钛矿块；
7.所述功能层中还设置有第二间隔槽，所述第二间隔槽贯穿所述钙钛矿块，并将所述钙钛矿块间隔为主体部和剩余部，所述功能块的主体部从所述第一间隔槽中露出；
8.所述钙钛矿电池还包括第一封装层，所述第一封装层设置于所述第一间隔槽中，且所述第一封装层接触覆盖于从该第一间隔槽中露出的所述主体部，所述第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。
9.在本公开的一些实施例中，所述聚硅氧烷类材料选自聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的一种或多种；
10.所述有机硅树脂选自聚烷基芳基有机硅树脂和聚芳基有机硅树脂中的一种或多种；
11.所述无机氮化物选自氮化铝、氮化硅和氮化镓中的一种或多种。
12.在本公开的一些实施例中，在相邻的两个所述功能部件中，其中一个所述功能部件的所述主体部和另一个所述功能部件的所述剩余部均从所述第一间隔槽中露出，所述第一封装层还接触覆盖于从所述第一间隔槽中露出的所述剩余部。
13.在本公开的一些实施例中，所述第一封装层还延伸覆盖于所述功能部件上，部分所述第一电极块还位于所述第二间隔槽中，所述第一封装层填满所述第一电极块上的所述
第二间隔槽。
14.在本公开的一些实施例中，还包括第二封装层，所述第二封装层设置于所述第一封装层上；
15.在本公开的一些实施例中，所述第二封装层选自封装胶膜，所述封装胶膜的材料包括热固化树脂和/或光固化树脂。
16.在本公开的一些实施例中，所述功能层中还设置有第三间隔槽，所述第三间隔槽将所述第二电极层间隔为多个第二电极块，所述功能块跨设于相邻的两个所述第二电极块上，所述第一间隔槽和所述第二间隔槽位于所述第二电极块上。
17.在本公开的一些实施例中，所述第二电极块从所述第二间隔槽露出，部分所述第一电极块位于所述第二间隔槽中且与所述第二电极块相对设置，所述功能块还包括第一电荷提取块和缓冲块中的一个或多个；
18.其中，部分所述第一电荷提取层设置于所述钙钛矿块与所述第一电极块之间，部分所述第一电荷提取块设置于所述第二间隔槽中且位于所述第一电极块与所述第二电极块之间；
19.部分所述缓冲层设置于所述钙钛矿块与所述第一电极块之间，部分所述缓冲块设置于所述第二间隔槽中且位于所述第一电极块与所述第二电极块之间。
20.在本公开的一些实施例中，所述功能部件还包括第二电荷提取块，所述第二电荷提取块设置于所述钙钛矿块远离所述第一电极块的一侧，且所述第三间隔槽中填充有所述第二电荷提取块。
21.进一步地，根据本公开提供的又一些实施例，还提供了一种根据上述任一实施例所述的钙钛矿电池的制备方法，其包括如下步骤：
22.在衬底上依次制备所述第二电极层和所述钙钛矿层；
23.对所述钙钛矿层进行划刻，形成贯穿所述钙钛矿层的所述第二间隔槽；
24.在所述钙钛矿层上制备第一电极层；
25.对所述第一电极层和所述钙钛矿层进行划刻，形成贯穿所述第一电极和所述钙钛矿层的所述第一间隔槽；
26.在所述第一间隔槽中制备所述第一封装层。
27.在本公开的一些实施例中，在制备所述第一封装层的步骤中，制备所述聚硅氧烷类材料和所述有机硅树脂的方法为刮涂、旋涂或喷涂，制备所述无机氮化物的方式为原子层沉积。
28.本公开提供的钙钛矿电池中设置有间隔相邻的功能块的第一间隔槽，还设置有将钙钛矿块间隔为主体部和剩余部的第二间隔槽，以在该钙钛矿电池中形成多个子电池相串联的结构。进一步地，在第一间隔槽中还设置有接触覆盖该主体部的第一封装层，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。聚硅氧烷类材料、有机硅树脂以及无机氮化物对钙钛矿层露出的部分具有钝化修复作用，经过第一封装层的处理，不仅能够起到缓冲效果，避免钙钛矿层直接暴露于后续的封装或处理工艺中，还能够有效修复钙钛矿块受到的损伤，提高器件效率。
29.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
31.图1为本公开的一种钙钛矿电池的截面结构示意图；
32.图2为本公开的钙钛矿电池的制备方法的步骤示意图；
33.图3为提供的衬底及第一导电材料层的结构示意图；
34.图4为在图3所示结构的基础上划刻第三间隔槽的结构示意图；
35.图5为在图4所示结构的基础上制备第一传输材料层和钙钛矿材料层的结构示意图；
36.图6为在图5所示结构的基础上划刻第一间隔槽的结构示意图；
37.图7为在图6所示结构的基础上制备第二传输材料层、缓冲材料层和第二导电材料层的结构示意图；
38.图8为在图7所示结构的基础上划刻第二间隔槽的结构示意图；
39.图9为在图8所示结构的基础上制备第一封装层的结构示意图；
40.其中，各附图标记及其含义如下：
41.100、衬底；11、第一间隔槽；12、第二间隔槽；13、第三间隔槽；101、功能块；110、钙钛矿块；1101、钙钛矿层；111、主体部；112、剩余部；120、第一电极块；121、第一电极层；130、第一封装层；140、第二封装层；150、第二电极块；151、第二电极层；160、第一电荷提取块；161、第一电荷提取层；170、第二电荷提取块；171、第二电荷提取层；180、缓冲块；181、缓冲层。
具体实施方式
42.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
45.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
46.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
47.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本技术的范围。
48.在传统技术中，激光划刻的方式会导致钙钛矿材料产生损伤，为了至少在一定程度上改善或克服该问题，本公开提供了一种钙钛矿电池，其包括功能层，功能层包括第一电极层、第二电极层以及设置于第一电极层和第二电极层之间的钙钛矿层。
49.其中，功能层中设置有第一间隔槽，第一间隔槽在功能层中间隔出多个功能块，第一间隔槽贯穿第一电极层和钙钛矿层，第一间隔槽将第一电极层间隔出多个第一电极块，第一间隔槽将钙钛矿层间隔出多个钙钛矿块，功能块包括第一电极块和钙钛矿块。功能层中还设置有第二间隔槽，第二间隔槽贯穿钙钛矿块，并将钙钛矿块间隔为主体部和剩余部，功能块的主体部从第一间隔槽中露出。钙钛矿电池还包括第一封装层，第一封装层设置于第一间隔槽中，且第一封装层接触覆盖于从该第一间隔槽中露出的主体部，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。
50.本公开提供的钙钛矿电池中设置有间隔相邻的功能块的第一间隔槽，还设置有将钙钛矿块间隔为主体部和剩余部的第二间隔槽，以在该钙钛矿电池中形成多个子电池相串联的结构。进一步地，在第一间隔槽中还设置有接触覆盖该主体部的第一封装层，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。聚硅氧烷类材料、有机硅树脂以及无机氮化物对钙钛矿层露出的部分具有钝化修复作用，经过第一封装层的处理，不仅能够起到缓冲效果，避免钙钛矿层直接暴露于后续的封装或处理工艺中，还能够有效修复钙钛矿块受到的损伤，提高器件效率。
51.为了便于理解上述钙钛矿电池，本公开还提供了如图1所示的钙钛矿电池的截面结构示意图。
52.参照图1所示，该钙钛矿电池包括衬底以及设置于衬底上的功能层，功能层包括多个功能块。其中，相邻的功能块之间相间隔设置，相邻的功能块之间具有第一间隔槽，第一
间隔槽绝缘间隔相邻的功能块。功能块包括钙钛矿块和第一电极块。可以理解，相邻的两个功能块中的钙钛矿块和第一电极块均被第一间隔槽间隔。
53.其中，钙钛矿块的材料是具有钙钛矿结构的有机金属卤化物半导体材料。该材料能够吸收太阳光，并且利用光能激发电子-空穴对，进而在外电路产生电流。进一步地，在该实施例的一些示例中，钙钛矿块中的金属元素可以包括铅元素。
54.进一步地，钙钛矿块中具有贯穿钙钛矿块的第二间隔槽，第二间隔槽将钙钛矿块间隔为主体部和剩余部。可以理解，第一电极块设置于钙钛矿块的顶壁和侧壁上，其中有部分第一电极块位于第二间隔槽中。
55.在该实施例的一些示例中，参照图1所示，该钙钛矿电池还包括多个第二电极块，钙钛矿电池中还具有第三间隔槽，第三间隔槽设置于相邻的第二电极块之间，相邻的第二电极块由第三间隔槽绝缘间隔。功能块跨设于相邻的两个第二电极块上，并且第一间隔槽和第二间隔槽均位于第二电极块上。
56.可以理解，钙钛矿接收光能并产生载流子对，并分别经由第一电极块和第二电极块导出。通过第一间隔槽、第二间隔槽和第三间隔槽的设计，将原本连贯的第一电极层、钙钛矿层和第二电极层进行间隔，以使得钙钛矿电池被分隔为多个子电池，每个子电池中均含有一个功能块。相邻的功能块中的第一电极块和钙钛矿块被第一间隔槽所间隔，并且功能块又跨设于相邻的两个第二电极块上，因此相邻的功能块之间具有串联的结构，多个功能块和多个第二电极块共同形成了由多个子电池相串联的组件。
57.在该实施例的一些示例中，衬底的材料可以是透明材料，例如衬底的材料可以包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚酰亚胺中的一种或多种。透明的衬底有利于使得更多的光线被钙钛矿块所吸收，进而提高钙钛矿电池的效率。
58.在该实施例的一些示例中，第二电极块的材料选自透明的导电材料。例如，第二电极块的材料可以是导电金属氧化物。进一步地，第二电极块的材料可以是氧化铟锡、掺氟氧化锡和掺铝氧化锌中的一种或多种。进一步可选地，第二电极块和衬底可以共同组成导电玻璃。
59.在该实施例的一些示例中，第一电极块的材料选自导电材料。例如，第一电极块的材料可以是金属。进一步地，第一电极块的材料可以选自铝、铜、银和金中的一种或多种。
60.在该实施例的一些示例中，第一电极块的厚度可以是10nm～500nm。进一步地，第一电极块的厚度可以是100nm～200nm。
61.在该实施例的一些示例中，参照图1所示，第二电极块从第二间隔槽中露出，位于第二间隔槽中的部分第一电极块与从第二间隔槽中露出的第二电极块相对设置。进一步地，该功能块还可以包括第一电荷提取块。部分第一电荷提取块设置于钙钛矿块与第一电极块之间，该部分第一电荷提取块分别设置于钙钛矿块的顶壁及侧壁上。部分第一电荷提取块设置于第二间隔槽中，并且位于第一电极块与第二电极块之间。其中，第一电荷提取块用于将载流子从钙钛矿块中引导至第一电极块。
62.在该实施例的一些示例中，参照图1所示，还包括缓冲块。部分缓冲块设置于钙钛矿块与第一电极块之间，部分缓冲块设置于第二间隔槽中且位于第一电极块与第二电极块之间。其中，缓冲块用于改善该钙钛矿电池的界面间的能带失配及载流子复合等问题。
63.在该实施例的一些示例中，参照图1所示，功能块还包括第二电荷提取块。第二电
荷提取块设置于钙钛矿块远离第一电极块的一侧，且第三间隔槽中还填充有第二电荷提取块。其中，第二电荷提取块用于将载流子从钙钛矿块中引导至第一电极块。进一步地，第一间隔槽还贯穿第二电荷提取块。
64.参照图1所示，该钙钛矿电池还包括第一封装层。该第一封装层设置于第一间隔槽中，且第一封装层接触于覆盖于该第一间隔槽中露出的主体部。第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。
65.本公开的发明人经过研究发现，在划刻形成第一间隔槽的过程中，钙钛矿材料受到破坏和分解，导致钙钛矿块的露出的表面上存在较多的缺陷。传统技术中通过选择直接在第一间隔槽中制备胶膜以进行封装，只能阻挡来自空气的水氧腐蚀，却无法改善上述缺陷问题。并且，在实际使用过程中，胶膜老化后产生的氧化性物质也会对钙钛矿材料产生进一步的损伤。
66.本公开提出了采用聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种接触覆盖于主体部上。其中，聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中分别具有丰富的氧原子和氮原子，能够与钙钛矿块的界面上悬空的过渡金属原子发生配位，以钝化修复缺陷，进而提高钙钛矿电池的转换效率。
67.在本公开的一些示例中，聚硅氧烷类材料选自聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的一种或多种。
68.在本公开的一些示例中，有机硅树脂选自聚烷基芳基有机硅树脂和聚芳基有机硅树脂中的一种或多种。
69.在本公开的一些示例中，无机氮化物选自氮化铝、氮化硅和氮化镓中的一种或多种。
70.进一步地，在本公开的一些示例中，第一封装层的材料可以选自聚硅氧烷类材料和有机硅树脂中的一种或多种。相较于无机氮化物，聚硅氧烷类材料和有机硅树脂中含有的大量硅氧键与钙钛矿材料中的过渡金属原子有较强的结合作用，不仅具有更好的修复效果，还能够防止封装层破损后的过渡金属泄露。
71.在本公开的一些示例中，参照图1所示，在相邻的两个功能块中，其中一个功能块的主体部和另一个功能块的剩余部均从第一间隔槽中露出，第一封装层还接触覆盖于剩余部。
72.在本公开的一些示例中，参照图1所示，第一封装层还延伸覆盖于功能块上，部分第一电极块位于第二间隔槽中，第一封装层填满第一电极块上的第二间隔槽。
73.在实际的制备过程中，第一封装层的制备方式可以根据材料的不同而选择不同的方式制备。例如，第一封装层的材料可以包括聚硅氧烷类材料和有机硅树脂中的一种或多种，聚硅氧烷类材料和有机硅树脂的制备方式可以是刮涂、旋涂和喷涂中的一种或多种。又如，第一封装层的材料还可以包括无机氮化物，无机氮化物的制备方式可以是原子层沉积法。其中，原子层沉积法制备的无机氮化物是逐层形成的，能够使得制备过程中的氮原子更为充分且均匀地接触于钙钛矿块，进而对于钙钛矿块的表面具有较好的修复效果。相较之下，溅射沉积制备的氮化物具有较高的能量，修复效果较差，还容易对钙钛矿块产生二次损伤。
74.参照图1所示，在该实施例的一些示例中，该钙钛矿电池还包括第二封装层。第二
封装层设置于第一封装层上。第二封装层的作用是对该钙钛矿电池进行外封装，以更为有效地隔绝水氧。第二封装层的材料可以是目前常用的有机或无机封装材料或有机封装材料。例如，在该实施例中，第二封装层的材料可以是封装胶膜。进一步地，该封装胶膜可以由包括可固化胶水的原料制备得到。
75.在该实施例的一些示例中，第一间隔槽的宽度可以是10μm～300μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是10μm～100μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～70μm。
76.在该实施例的一些示例中，第二间隔槽的宽度可以是10μm～500μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～400μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～200μm。
77.在该实施例的一些示例中，第三间隔槽的宽度可以是20μm～200μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是30μm～200μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是30μm～100μm。
78.本公开提供的钙钛矿电池在第一间隔槽中设置有接触覆盖该主体部的第一封装层，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。聚硅氧烷类材料、有机硅树脂以及无机氮化物对钙钛矿块露出的部分具有钝化修复作用，经过第一封装层的处理，不仅能够有效修复钙钛矿块受到的损伤，还能够形成缓冲块，避免钙钛矿块直接暴露于后续的封装或处理工艺中，降低后续的处理工艺对于器件效率的影响。
79.进一步地，本公开还提供了一种该钙钛矿电池的制备方法。该钙钛矿电池的制备方法包括如下步骤：
80.在衬底上依次制备第二电极层和钙钛矿层；
81.对钙钛矿层进行划刻，形成贯穿钙钛矿层的第二间隔槽；
82.在钙钛矿层上制备第一电极层；
83.对第一电极层和钙钛矿层进行划刻，形成贯穿第一电极和钙钛矿层的第一间隔槽；
84.在第一间隔槽中制备第一封装层。
85.图2示出了该钙钛矿电池的制备方法的步骤示意图，参照图2所示，该钙钛矿电池的制备方法包括步骤s1～步骤s5，具体如下。
86.步骤s1，提供衬底以及第二电极层。
87.图3示出了衬底以及第二电极层的结构示意图。参照图3所示，第二电极层设置于衬底上。
88.其中，衬底的材料可以选自透明的材料，例如衬底的材料可以包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚酰亚胺中的一种或多种。
89.在该实施例的一些示例中，第二电极层包括透明的导电材料。例如，第二电极层可以是导电金属氧化物。进一步地，第二电极层可以包括氧化铟锡、掺氟氧化锡和掺铝氧化锌中的一种或多种。
90.在该实施例的一些示例中，提供衬底以及第二电极层的步骤可以包括：提供导电玻璃作为衬底以及位于衬底上的第二电极层。
91.步骤s2，在第二电极层上划刻第三间隔槽。
92.图4示出了在图3所示结构的基础上划刻第三间隔槽的结构示意图。参照图4所示，第三间隔槽贯穿第二电极层，使得第二电极层形成多个被第三间隔槽所间隔的第二电极块。可以理解，第二电极块的材料可以与第二电极层保持相同。
93.在该实施例的一些示例中，划刻第三间隔槽的方式可以是激光划刻。
94.可以理解，第三间隔槽可以有多个，多个第三间隔槽依次并列设置，并划分出多个第二电极块。
95.在该实施例的一些示例中，第三间隔槽的宽度可以是20μm～200μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是30μm～200μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是30μm～100μm。
96.步骤s3，制备第一电荷提取层和钙钛矿层。
97.图5示出了在图4所示结构的基础上制备第二电荷提取层和钙钛矿层的结构示意图。其中，第二电荷提取层和钙钛矿层依次制备于衬底上。参照图5所示，第二电荷提取层制备于衬底和第二电极块上，并填充于第三间隔槽中。钙钛矿层制备于第二电荷提取层远离衬底的一侧。
98.在该实施例的一些示例中，制备第二电荷提取层的方式可以是刮涂、旋涂、喷涂或蒸镀。制备钙钛矿层的方式也可以是刮涂、旋涂、喷涂或蒸镀。
99.可以理解，第二电荷提取层用于形成该钙钛矿电池的第二电荷提取块，钙钛矿层用于形成该钙钛矿电池的钙钛矿块。
100.步骤s4，划刻第二间隔槽。
101.图6示出了在图5所示结构的基础上划刻第二间隔槽结构示意图。参照图6所示，第二间隔槽自上至下贯穿钙钛矿层和第二电荷提取层，第二间隔槽位于第一电极块上，并且第二间隔槽中露出有第一电极块。
102.在该实施例的一些示例中，划刻第二间隔槽的方式可以是激光划刻。
103.可以理解，与第三间隔槽相对应地，第二间隔槽也可以有多个，多个第二间隔槽依次并列设置。并且，各第二间隔槽设置于对应的第一间隔槽的后方。
104.在该实施例的一些示例中，第二间隔槽的宽度可以是10μm～500μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～400μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～200μm。
105.步骤s5，制备第一电荷提取层、缓冲层和第一电极层。
106.图7示出了在图6所示结构的基础上制备第一电荷提取层、缓冲层和第一电极层的结构示意图。其中，第一电荷提取层、缓冲层和第一电极层依次制备于衬底上。参照图7所示，第一电荷提取层制备于钙钛矿层上和第二间隔槽中露出的第二电极块上。缓冲层制备于第一电荷提取层远离衬底的一侧。第一电极层制备于缓冲层远离衬底的一侧。
107.在该实施例的一些示例中，制备第一电荷提取层的方式可以是刮涂、旋涂、喷涂或蒸镀。制备缓冲层的方式也可以是刮涂、旋涂、喷涂或蒸镀。制备第一电极层的方式也可以是刮涂、旋涂、喷涂或蒸镀。
108.可以理解，第一电荷提取层用于形成该钙钛矿电池的第一电荷提取块，缓冲层用于形成该钙钛矿电池的缓冲块。第一电极层用于形成该钙钛矿电池的第一电极块。
109.步骤s6，划刻第一间隔槽。
110.图8示出了在图7所示结构的基础上划刻第一间隔槽的结构示意图。参照图8所示，第一间隔槽自上至下贯穿第一电极层、缓冲层、第一电荷提取层、钙钛矿层和第二电荷提取层，第一间隔槽位于第一电极块上，并且第一间隔槽中露出有第一电极块。
111.在该实施例的一些示例中，第一间隔槽的宽度可以是10μm～300μm。可选地，第一间隔槽的宽度可以是10μm～100μm。进一步地，第一间隔槽的宽度可以是20μm～70μm。
112.可以理解，与第三间隔槽相对应地，第一间隔槽也可以有多个。多个第一间隔槽依次并列设置。第一间隔槽、第二间隔槽和第三间隔槽之间依次并列且间隔设置，其中第三间隔槽设置于第二间隔槽远离第一间隔槽的一侧。
113.参照图8所示，第一间隔槽将第一电极层间隔为多个依次间隔设置的第一电极块，第一间隔槽将缓冲层间隔为多个依次间隔设置的缓冲块，第一间隔槽将第一电荷提取层间隔为多个依次间隔设置的第一电荷提取块，第一间隔槽将钙钛矿层间隔为多个依次间隔设置的钙钛矿块，第一间隔槽将第二电荷提取层间隔为多个依次间隔设置的第二电荷提取块。进一步地，钙钛矿块又被第二间隔槽间隔为主体部和剩余部。
114.参照图8所示，由第三间隔槽间隔出的第一电极块、缓冲块、第一电荷提取块、钙钛矿块和第二电荷提取块共同参与组成一个功能块，该功能块用于接收光照产生载流子并且导出载流子。功能块与第二电极块之间错位设置，能够形成多个子电池相串联的结构。
115.步骤s7，在第一间隔槽中制备第一封装层。
116.图9示出了在图8所示的结构中制备第一封装层的结构示意图。参照图9所示，第一封装层制备于第一间隔槽中，并且第一封装层接触覆盖于钙钛矿块的主体部表面。其中，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。
117.其中，聚硅氧烷类材料选自聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的一种或多种；有机硅树脂选自聚烷基芳基有机硅树脂和聚芳基有机硅树脂中的一种或多种；无机氮化物选自氮化铝、氮化硅和氮化镓中的一种或多种。
118.在该实施例的一些示例中，该第一封装层包括多种封装材料，其中不同的封装材料分层设置，并组合形成该第一封装层。
119.其中，聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中分别具有丰富的氧原子和氮原子，能够与钙钛矿块的界面上悬空的过渡金属原子发生配位，以钝化修复缺陷，进而提高钙钛矿电池的转换效率。另外，相较于无机氮化物，聚硅氧烷类材料和有机硅树脂中含有的大量硅氧键与钙钛矿材料中的过渡金属原子有较强的结合作用，不仅具有更好的修复效果，还能够防止封装层破损后的过渡金属泄露。
120.其中，可以理解，第一封装层的制备方式可以根据其具体的材料而采取不同的制备方式。例如，第一封装层的材料包括聚硅氧烷类材料和有机硅树脂中的一种或多种，第一封装层的制备方式可以包括刮涂、旋涂或喷涂。又如，第一封装层的材料包括无机氮化物，则第一封装层的制备方式可以包括原子层沉积法。原子层沉积法制备的无机氮化物是逐层形成的，能够使得制备过程中的氮原子更为充分且均匀地接触于钙钛矿块，进而对于钙钛矿块的表面具有较好的修复效果。相较之下，溅射沉积制备的氮化物具有较高的能量，修复效果较差，还容易对钙钛矿块产生二次损伤。
121.参照图9所示，在该实施例的一些示例中，在制备第一封装层的步骤中，制备的第一封装层接触覆盖于在前的功能块中的剩余部以及在后的功能块中的主体部。进一步地，第一封装层填满第一间隔槽。
122.参照图9所示，在该实施例的一些示例中，在制备第一封装层的步骤中，第一封装层还填充于第一电极块上的第二间隔槽，并填满第二间隔槽。进一步地，第一封装层还制备于第一电极块上，并整体覆盖第一电极块。
123.在该实施例的一些示例中，还包括在第一封装层远离衬底的一侧制备第二封装层的步骤，以获得例如图1所示的钙钛矿电池。其中，第二封装层选自封装胶膜。封装胶膜的材料可以是可固化塑料。可固化塑胶可以是热固化塑料和/或光固化塑料。
124.可以理解，通过上述步骤s1～步骤s6，可以完成本公开的钙钛矿电池的制备方法，并制备得到本公开所提供的钙钛矿电池。
125.本公开还提供了进一步的实施例以及作为对照的对比例，以进一步说明本公开的钙钛矿电池的优点。
126.其中，各实施例和对比例中所用的电池基片的制备方式如下：
127.提供氧化铟锡导电玻璃作为衬底，其中氧化铟锡导电层作为第二电极层。
128.在衬底上激光划刻形成第三间隔槽，将衬底清洗并以氮气吹干，形成相间隔的多个第二电极块。
129.在第二电极块上沉积氧化镍作为第二电荷提取层，第二电荷提取层填满第三间隔槽；在第二电荷提取层上喷涂钙钛矿前驱体溶液并退火制得钙钛矿层，钙钛矿层的钙钛矿材料为fa
0.95
cs
0.05
pbi3。
130.在衬底上激光划刻形成贯穿钙钛矿层、第二电荷提取层并露出第二电极块的第二间隔槽。
131.在钙钛矿层上和第二间隔槽中依次沉积c
60
作为第一电荷提取层、沉积氧化锡作为缓冲层、以及蒸镀金属铜作为第一电极层，并在第二间隔槽远离第一间隔槽的一侧进行激光划刻出第三间隔槽，形成电池基片。其中，第三间隔槽中露出有第二电极块，第三间隔槽将第一电荷提取层、缓冲层以及第一电极层间隔为多个第一电荷提取块、缓冲块以及第一电极块。
132.实施例1
133.在电池基片上刮涂聚二甲基硅氧烷至覆盖于基片表面，形成第一封装层，其中聚二甲基硅氧烷填满第三间隔槽和第二间隔槽，并覆盖于第一电极块上。
134.在第一封装层上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层。
135.实施例2
136.在电池基片上刮涂聚烷基芳基有机硅树脂至覆盖于基片表面，形成第一封装层，其中聚烷基芳基有机硅树脂填满第三间隔槽和第二间隔槽，并覆盖于第一电极块上。
137.在第一封装层上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层，形成钙钛矿电池。
138.实施例3
139.在电池基片上通过原子层沉积法形成覆盖基片表面的氮化铝层，形成第一封装层，其中第一封装层接触覆盖于第三间隔槽中钙钛矿块的表面。
140.在第一封装层上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层，形成钙钛矿电池。
141.实施例4
142.在电池基片上通过射频溅射法形成覆盖基片表面的氮化铝层，形成第一封装层，其中第一封装层接触覆盖于第三间隔槽中钙钛矿块的表面。
143.在第一封装层上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层，形成钙钛矿电池。
144.对比例1
145.在电池基片上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层，形成钙钛矿电池。
146.对比例2
147.在电池基片上覆盖聚乙烯于基片表面，形成第一封装层，其中聚二甲基硅氧烷填满第三间隔槽和第二间隔槽，并覆盖于第一电极块上。
148.在第一封装层上涂覆光固化树脂并通过紫外光照射使其固化，形成封装胶膜作为第二封装层，形成钙钛矿电池。
149.试验：测试上述各实施例和对比例制备的钙钛矿电池的初始转换效率，以及对各实施例和对比例制备的钙钛矿电池进行最大功率点跟踪(mppt)测试，记录其转换效率下降至初始转换效率的90％时的工作时间，记为t90寿命，结果可见于表1。
150.表1
[0151] 转换效率(％)t90寿命(h)实施例118.63》1500实施例218.47》1500实施例318.62》1500实施例418.59》1000对比例118.01》600对比例218.05》800
[0152]
参照表1所示，就钙钛矿电池的转换效率而言，实施例1～实施例4的转换效率和t90寿命均明显高于对比例1和对比例2，说明采用本公开提供的第一封装层对第三间隔槽中露出的钙钛矿层进行封装能够提高钙钛矿电池的转换效率。这主要得益于第一封装层的材料能够修复钙钛矿层在制备第一间隔槽时所产生的缺陷。进一步地，实施例1～实施例3的t90寿命明显高于实施例4的t90寿命，说明实施例1～实施例3的钙钛矿层的修复效果较好，因此其具有更高的稳定性以及更长的寿命。
[0153]
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本技术的限制。
[0154]
应该理解的是，除非本文中有明确的说明，的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，的步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0155]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0156]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

技术特征：
1.一种钙钛矿电池，其特征在于，包括衬底和设置于所述衬底上的功能层，所述功能层包括第一电极层、第二电极层以及设置于所述第一电极层和所述第二电极层之间的钙钛矿层；所述功能层中设置有第一间隔槽，所述第一间隔槽在所述功能层中间隔出多个功能块，所述第一间隔槽贯穿所述第一电极层和所述钙钛矿层，所述第一间隔槽将所述第一电极层间隔出多个第一电极块，所述第一间隔槽将所述钙钛矿层间隔出多个钙钛矿块，所述功能块包括所述第一电极块和所述钙钛矿块；所述功能层中还设置有第二间隔槽，所述第二间隔槽贯穿所述钙钛矿块，并将所述钙钛矿块间隔为主体部和剩余部，所述功能块的主体部从所述第一间隔槽中露出；所述钙钛矿电池还包括第一封装层，所述第一封装层设置于所述第一间隔槽中，且所述第一封装层接触覆盖于从该第一间隔槽中露出的所述主体部，所述第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述聚硅氧烷类材料选自聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷中的一种或多种；所述有机硅树脂选自聚烷基芳基有机硅树脂和聚芳基有机硅树脂中的一种或多种；所述无机氮化物选自氮化铝、氮化硅和氮化镓中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，在相邻的两个所述功能部件中，其中一个所述功能部件的所述主体部和另一个所述功能部件的所述剩余部均从所述第一间隔槽中露出，所述第一封装层还接触覆盖于从所述第一间隔槽中露出的所述剩余部。4.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述第一封装层还延伸覆盖于所述功能部件上，部分所述第一电极块还位于所述第二间隔槽中，所述第一封装层填满所述第一电极块上的所述第二间隔槽。5.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，还包括第二封装层，所述第二封装层设置于所述第一封装层上；可选地，所述第二封装层选自封装胶膜，所述封装胶膜的材料包括热固化树脂和/或光固化树脂。6.根据权利要求1～5任一项所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述功能层中还设置有第三间隔槽，所述第三间隔槽将所述第二电极层间隔为多个第二电极块，所述功能块跨设于相邻的两个所述第二电极块上，所述第一间隔槽和所述第二间隔槽位于所述第二电极块上。7.根据权利要求6所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述第二电极块从所述第二间隔槽露出，部分所述第一电极块位于所述第二间隔槽中且与所述第二电极块相对设置，所述功能块还包括第一电荷提取块和缓冲块中的一个或多个；其中，部分所述第一电荷提取层设置于所述钙钛矿块与所述第一电极块之间，部分所述第一电荷提取块设置于所述第二间隔槽中且位于所述第一电极块与所述第二电极块之间；部分所述缓冲层设置于所述钙钛矿块与所述第一电极块之间，部分所述缓冲块设置于所述第二间隔槽中且位于所述第一电极块与所述第二电极块之间。8.根据权利要求6所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述功能部件还包括第二电荷提取
块，所述第二电荷提取块设置于所述钙钛矿块远离所述第一电极块的一侧，且所述第三间隔槽中填充有所述第二电荷提取块。9.根据权利要求1～8任一项所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上依次制备所述第二电极层和所述钙钛矿层；对所述钙钛矿层进行划刻，形成贯穿所述钙钛矿层的所述第二间隔槽；在所述钙钛矿层上制备第一电极层；对所述第一电极层和所述钙钛矿层进行划刻，形成贯穿所述第一电极和所述钙钛矿层的所述第一间隔槽；在所述第一间隔槽中制备所述第一封装层。10.根据权利要求9所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，在制备所述第一封装层的步骤中，制备所述聚硅氧烷类材料和所述有机硅树脂的方法为刮涂、旋涂或喷涂，制备所述无机氮化物的方式为原子层沉积。

技术总结
本公开提供了一种钙钛矿电池，其包括衬底和设置于衬底上的功能层，功能层包括第一电极层、第二电极层以及钙钛矿层；第一间隔槽在功能层中间隔出多个功能块，第一间隔槽将第一电极层间隔出多个第一电极块，第一间隔槽将钙钛矿层间隔出多个钙钛矿块，功能块包括第一电极块和钙钛矿块。第一封装层设置于第一间隔槽中，且第一封装层接触覆盖于从该第一间隔槽中露出的主体部，第一封装层的材料选自聚硅氧烷类材料、有机硅树脂和无机氮化物中的一种或多种。经过第一封装层的处理，不仅能够作为缓冲层，避免钙钛矿层直接暴露于后续的封装或处理工艺中，还能够有效修复钙钛矿层受到的损伤，提高器件效率。提高器件效率。提高器件效率。


技术研发人员：朱俊 夏锐 张学玲 冯志强 高纪凡
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/12