本申請(qǐng)涉及材料，尤其涉及一種太陽能電池及其制備方法、光伏組件、系統(tǒng)和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦材料是有機(jī)無機(jī)金屬鹵化物abx3，其為八面體結(jié)構(gòu)，原材料儲(chǔ)量豐富，可廣泛由人工合成。鈣鈦礦材料具備高光電吸收系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、淺缺陷能級(jí)等多方面優(yōu)點(diǎn)，使得鈣鈦礦材料具有較小的光電損失。以鈣鈦礦材料作為光吸收層的太陽能電池具有降本增效、高弱光效應(yīng)、應(yīng)用場(chǎng)景廣闊優(yōu)勢(shì)，是新一代量產(chǎn)光伏電池的優(yōu)良選擇。

2、然而鈣鈦礦材料在制備過程的結(jié)晶的不均勻性會(huì)在表面與體相出現(xiàn)晶界；結(jié)晶過程固有的問題，會(huì)出現(xiàn)空位、位錯(cuò)和懸掛鍵等缺陷。而這些缺陷的存在會(huì)成為新的復(fù)合中心，影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。在鈣鈦礦材料表面形成鈍化層，是一種改善上述缺陷的可行性技術(shù)，目前的鈍化劑主要為二維鈣鈦礦。然而實(shí)踐表明，這類鈍化劑在太陽能電池的使用過程中會(huì)產(chǎn)生離子遷移、離子擴(kuò)散進(jìn)入到光吸收層的鈣鈦礦材料體相內(nèi)，導(dǎo)致太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本申請(qǐng)旨在提供一種能夠提高光電轉(zhuǎn)化效率和電池穩(wěn)定性的太陽能電池及其制備方法、光伏組件、系統(tǒng)和用電裝置。

2、本申請(qǐng)的第一方面提供了一種太陽能電池，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層、電子傳輸層、界面鈍化層、鈣鈦礦光吸收層和第二電極層；所述界面鈍化層包括離子型聚合物鈍化劑，所述離子型聚合物鈍化劑的主鏈原子上至少連接有一個(gè)取代基r1，r1包括帶正電氮雜環(huán)，所述離子型聚合物鈍化劑還包括與所述帶正電氮雜環(huán)結(jié)合的陰離子x。

3、上述太陽能電池，通過在鈣鈦礦光吸收層的電子傳輸層一側(cè)的表面形成界面鈍化層，該界面鈍化層含有離子型聚合物鈍化劑，可鈍化鈣鈦礦光吸收層表面的缺陷，同時(shí)該鈍化劑為聚合物，其向鈣鈦礦光吸收層離子遷移和離子遷移的可能性降低，離子型聚合物鈍化劑具有良好的電子傳導(dǎo)性，設(shè)于電子傳輸層一側(cè)不影響電子傳輸，因此其能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性。

4、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述帶正電氮雜環(huán)包括五元氮雜環(huán)、六元氮雜環(huán)、稠合氮雜環(huán)和氮雜金剛烷中的至少一種；

5、可選地，所述五元氮雜環(huán)中的氮環(huán)原子的個(gè)數(shù)為1～4，更可選為1～3；更可選地，所述五元氮雜環(huán)包括吡咯、吡唑、咪唑、噁唑、噻唑及三唑中的至少一種；

6、可選地，所述六元氮雜環(huán)中的氮環(huán)原子的個(gè)數(shù)為1～4，更可選為1～3；更可選地，所述六元氮雜環(huán)包括吡啶、嘧啶、單氮雜環(huán)己烷基、噠嗪、吡嗪及哌嗪中的至少一種；

7、可選地，所述稠合氮雜環(huán)包括所述五元氮雜環(huán)和所述六元氮雜環(huán)中的至少一種；更可選地，所述稠合氮雜環(huán)包括吲哚、咔唑、吡咯并咪唑、吡咯并吡咯、噻吩并吡咯、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、噻吩并呋喃、苯并異噁唑、苯并異噻唑、苯并咪唑、喹啉、異喹啉、2,3-二氮雜萘、喹喔啉、菲啶、伯啶、喹唑啉、二苯并噻吩、吩嗪及吩噻嗪中的至少一種。

8、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述帶正電氮雜環(huán)中的環(huán)原子與所述主鏈原子通過連接基團(tuán)l連接，l為單鍵或包括c1-c10烷基。

9、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述離子型聚合物鈍化劑包括結(jié)構(gòu)單元a，所述結(jié)構(gòu)單元a為至少一個(gè)h被取代基r1取代的-ch2-ch2-，且r1中的所述帶正電氮雜環(huán)結(jié)合有所述陰離子x。

10、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述結(jié)構(gòu)單元a具有如下結(jié)構(gòu)a1～a10中的任意一個(gè)，l為單鍵或包括c1-c10烷基；

11、可選地，所述離子型聚合物鈍化劑中所述結(jié)構(gòu)單元a有多個(gè)，多個(gè)結(jié)構(gòu)單元a各自獨(dú)立選自如下結(jié)構(gòu)a1～a10中的任意一個(gè)；

12、

13、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述離子型聚合物鈍化劑的重復(fù)單元為所述結(jié)構(gòu)單元a；或，

14、所述離子型聚合物鈍化劑還包括結(jié)構(gòu)單元b，結(jié)構(gòu)單元b具有主鏈且不具有帶正電氮雜環(huán)；

15、可選地，結(jié)構(gòu)單元b具有主鏈-ch2-ch2-，結(jié)構(gòu)單元b中的h未被取代或至少一個(gè)h被取代基r2取代，r2不具有帶正電氮雜環(huán)；

16、更可選地，r2包括五元環(huán)、六元環(huán)和稠合環(huán)中的至少一種。

17、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，x包括f-、cl-、br-、i-、tfsi、scn、ocn、有機(jī)酸根離子、oh-、bf4-及pf6-中的任意一個(gè)；

18、可選地，所述離子型聚合物鈍化劑中x有多個(gè)，多個(gè)x各自獨(dú)立地包括f-、cl-、br-、i-、tfsi、scn、ocn、有機(jī)酸根離子、oh-、bf4-及pf6-中的任意一個(gè)。

19、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述界面鈍化層的厚度為5nm～80nm，可選為10nm～30nm；和/或，

20、所述離子型聚合物鈍化劑的重均分子量為1萬～20萬，可選為1萬～10萬；和/或，

21、所述鈣鈦礦光吸收層的厚度為300nm～1000nm，可選為400nm～500nm。

22、本申請(qǐng)的第二方面提供了一種本申請(qǐng)第一方面的所述太陽能電池的制備方法，包括形成層疊設(shè)置的所述第一電極層、所述電子傳輸層、所述界面鈍化層、所述鈣鈦礦光吸收層和所述第二電極層的步驟。

23、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述制備方法包括如下步驟：

24、在所述第二電極層上形成所述鈣鈦礦光吸收層；

25、在所述鈣鈦礦光吸收層上的遠(yuǎn)離所述第二電極層的表面形成所述界面鈍化層；

26、在所述界面鈍化層的遠(yuǎn)離所述鈣鈦礦光吸收層的表面形成所述電子傳輸層；及

27、在所述電子傳輸層的遠(yuǎn)離所述界面鈍化層的表面形成所述第一電極層。

28、在本申請(qǐng)的任意實(shí)施方式中，所述制備方法包括如下步驟：

29、在所述第二電極層上形成所述鈣鈦礦光吸收層；

30、在所述鈣鈦礦光吸收層上的遠(yuǎn)離所述第二電極層的表面涂布含有電子傳輸材料和所述離子型聚合物鈍化劑的漿料，使所述漿料成膜，在所述鈣鈦礦光吸收層上形成層疊設(shè)置的所述界面鈍化層和所述電子傳輸層；及

31、在所述電子傳輸層的遠(yuǎn)離所述界面鈍化層的表面形成所述第一電極層。

32、本申請(qǐng)的第三方面提供一種光伏組件，包括本申請(qǐng)第一方面提供的所述太陽能電池。

33、本申請(qǐng)的第四方面提供一種光伏系統(tǒng)，包括本申請(qǐng)的第三方面提供的光伏組件。

34、本申請(qǐng)的第五方面提供一種用電裝置，包括選自本申請(qǐng)第一方面提供的所述太陽能電池和本申請(qǐng)的第三方面提供的光伏組件中的至少一個(gè)。

技術(shù)特征：

1.一種太陽能電池，其特征在于，包括層疊設(shè)置的第一電極層、電子傳輸層、界面鈍化層、鈣鈦礦光吸收層和第二電極層；所述界面鈍化層包括離子型聚合物鈍化劑，所述離子型聚合物鈍化劑的主鏈原子上至少連接有一個(gè)取代基r1，r1包括帶正電氮雜環(huán)，所述離子型聚合物鈍化劑還包括與所述帶正電氮雜環(huán)結(jié)合的陰離子x。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述帶正電氮雜環(huán)包括五元氮雜環(huán)、六元氮雜環(huán)、稠合氮雜環(huán)和氮雜金剛烷中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述帶正電氮雜環(huán)中的環(huán)原子與所述主鏈原子通過連接基團(tuán)l連接，l為單鍵或包括c1-c10烷基。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述離子型聚合物鈍化劑包括結(jié)構(gòu)單元a，所述結(jié)構(gòu)單元a為至少一個(gè)h被取代基r1取代的-ch2-ch2-，且r1中的所述帶正電氮雜環(huán)結(jié)合有所述陰離子x。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)單元a具有如下結(jié)構(gòu)a1～a10中的任意一個(gè)，l為單鍵或包括c1-c10烷基；

6.根據(jù)權(quán)利要求4至5任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述離子型聚合物鈍化劑的重復(fù)單元為所述結(jié)構(gòu)單元a；或，

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，x包括f-、cl-、br-、i-、tfsi、scn、ocn、有機(jī)酸根離子、oh-、bf4-及pf6-中的任意一個(gè)；

8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述界面鈍化層的厚度為5nm～80nm，可選為10nm～30nm；和/或，

9.一種權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括形成層疊設(shè)置的所述第一電極層、所述電子傳輸層、所述界面鈍化層、所述鈣鈦礦光吸收層和所述第二電極層的步驟。

10.如權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

11.如權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

12.一種光伏組件，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的太陽能電池。

13.一種光伏系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求12所述的光伏組件。

14.一種用電裝置，其特征在于，包括選自權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的太陽能電池和權(quán)利要求12所述的光伏組件中的至少一個(gè)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種太陽能電池及其制備方法、光伏組件、系統(tǒng)和用電裝置。該太陽能電池，包括層疊設(shè)置的第一電極層、電子傳輸層、界面鈍化層、鈣鈦礦光吸收層和第二電極層；所述界面鈍化層包括離子型聚合物鈍化劑，所述離子型聚合物鈍化劑的主鏈原子上至少連接有一個(gè)取代基R<supgt;1</supgt;，R<supgt;1</supgt;包括帶正電氮雜環(huán)，所述離子型聚合物鈍化劑還包括與所述帶正電氮雜環(huán)結(jié)合的陰離子X。

技術(shù)研發(fā)人員：陳俊超,田聰聰,陳晨,顧帥,陳國(guó)棟,郭永勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德時(shí)代未來能源（上海）研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9