钙钛矿电池组件的封装结构的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种钙钛矿电池组件的封装结构，属于光伏组件技术领域。


背景技术：

2.自从以甲胺铅碘(mapbi3)为代表的钙钛矿材料被应用在光伏领域之后，钙钛矿太阳能电池在全球引发了研究热潮，时至今日，其光电转换效率已经超过了25％，跻身最优秀的太阳能发电技术之列。同时凭借钙钛矿材料低廉的价格，简单的制备条件以及较高的缺陷容错率，对钙钛矿太阳能技术的商业化尝试也引发了巨大的热情。
3.人们普遍认为钙钛矿技术商业化的最大阻碍来源于其不稳定性，可简单分类为以下两个方面：
4.a.外源性：在空气气氛下，由于氧气和水的存在，钙钛矿材料(例如mapbi3)将很快分解；
5.b.内源性：组成钙钛矿晶体的有机小分子(例如甲胺ma 等)会从晶体中脱离逃逸，进而引发钙钛矿晶体的分解。
6.为了提高钙钛矿组件的稳定性，首先考虑的是将较为成熟的晶硅光伏组件的封装技术移植至钙钛矿光伏组件。
7.在晶硅光伏组件制造过程中，封装可以有效的将光伏组件同外界环境隔绝开。电池片通过热熔胶膜(eva)同背板和玻璃连接在一起，既可以隔水隔氧，也提供刚性支撑，经过封装的晶硅组件使用寿命可达到25年以上。
8.对于钙钛矿组件，由于钙钛矿一般采用涂布的方式制作在玻璃基底或者柔性pet基底上，因此可直接通过钙钛矿基板/热熔胶膜/玻璃盖板的结构进行封装。上述按层放置好的组件放入层压机后，首先抽真空将空气除去，然后加热使热熔胶膜(eva)融化，将钙钛矿基板和玻璃盖板粘结在一起，冷却后封装完成。封装过程的核心是热熔胶膜(eva)的使用，目前市场上提供了大量不同配方，不同性能的光伏用eva胶膜，但基本上都是针对晶硅光伏组件所开发，其使用温度一般为130℃-150℃。对于钙钛矿材料，这一温度明显偏高，尤其是在真空状态下。容易挥发的有机小分子在真空和加热的双重作用下很容易从原来的晶格中脱离，从而对钙钛矿活性层造成不可逆转的损伤。而如果降低eva的使用温度，则会使封装效果大打折扣，无法有效的隔离空气中的水和氧气。
9.同晶硅相比，光伏组件中的钙钛矿材料有很大不同。钙钛矿是多组分的有机-无机复合材料，因此在封装时，不仅要考虑隔绝外界的水氧，还必须要阻止钙钛矿中有机小分子组分的挥发。传统的晶硅组件封装方法和材料在移植到钙钛矿组件上时会受到很大制约。


技术实现要素：

10.本实用新型的主要目的在于提供一种钙钛矿电池组件的封装结构，以克服现有技术中存在的不足。
11.为实现前述实用新型目的，本实用新型实施例采用的技术方案包括：
12.本实用新型实施例提供了一种钙钛矿电池组件的封装结构，包括：钙钛矿太阳能电池、第一封装层和第二封装层；所述第一封装层由致密的金属化合物组成，并均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池表面，且至少用于阻隔钙钛矿太阳能电池与外界的物质交换；所述第二封装层包覆在所述第一封装层上。
13.与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：
14.(1)本实用新型钙钛矿电池组件的封装结构，使用双层封装结构对钙钛矿电池组件进行保护，且封装后的钙钛矿电池组件可以达到商业化使用标准，寿命以及衰减率均达到国家标准。
15.(2)本实用新型钙钛矿电池组件的封装结构，先在钙钛矿太阳能电池的外周表面制作设置第一封装层，形成第一封装结构，隔绝钙钛矿器件和外界的物质交换；第二封装结构为常规封装方法，其应用时不受钙钛矿材料的限制，可以直接使用成熟的硅太阳能组件的封装工艺、材料和方法；
16.(2)本实用新型钙钛矿电池组件的封装结构，容错率更高，使用范围更广，使用条件更宽松的封装方法，同时也可以应用在其他种类的光伏甚至非光伏组件的封装中。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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的附图。
18.图1是本实用新型一典型实施案例中提供的一种钙钛矿电池组件的封装结构示意图；
19.图2是本实用新型一典型实施案例中提供的一种钙钛矿电池组件的封装工艺流程示意图图；
20.附图标记说明：1、钙钛矿太阳能电池，11、导电基底，12、电子传输层，13、钙钛矿层，14、空穴传输层，15、电极，2、第一封装层，3、热熔胶膜层，4、背板。
具体实施方式
21.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本实用新型。本文中揭示本实用新型的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本实用新型的示范性，本实用新型可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本实用新型的代表性基础。
22.鉴于现有技术的不足，本案实用新型人经过长期研究，提出了本技术方案中的钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法，使用双层封装结构对钙钛矿电池组件进行保护，且封装后的钙钛矿电池组件可以达到商业化使用标准，寿命以及衰减率均达到国家标准。
23.本实用新型实施例提供的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，先在钙钛矿太阳能电池的外周表面制作设置第一封装层，以隔绝钙钛矿器件和外界的物质交换；第二封装层覆设在第一封装层上，其应用时不受钙钛矿材料的限制，可以直接使用成熟的硅太阳
能组件的封装工艺、材料和方法；该封装方法本质上是一种容错率更高，使用范围更广，使用条件更宽松的封装方法，同时也可以应用在其他种类的光伏甚至非光伏组件的封装中。
24.本实用新型实施例的一个方面提供了一种钙钛矿电池组件的封装结构，包括：钙钛矿太阳能电池、第一封装层和第二封装层；所述第一封装层由致密的金属化合物组成，并均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池表面，且至少用于阻隔钙钛矿太阳能电池与外界的物质交换；所述第二封装层包覆在所述第一封装层上。
25.在一些优选实施例中，所述第一封装层在所述钙钛矿太阳能电池的长度、宽度及高度方向上的厚度均保持一致。
26.在一些优选实施例中，所述第一封装层的厚度为1nm-1000nm。
27.在一些优选实施例中，所述第一封装层包括水气阻隔层，所述水气阻隔层至少用于阻隔氧气、来源于钙钛矿太阳能电池的挥发性有机小分子以及水透过。
28.在一些优选实施例中，所述第一封装层包括al2o3层、tio2层、sno2层、zno层、zns层中的任意一者或多者的叠层组合。
29.在一些优选实施例中，所述第二封装层包括热熔胶膜。
30.在一些优选实施例中，所述热熔胶膜可以是eva膜和/或poe膜等。
31.在一些更为优选的实施例中，所述第二封装层的表面连续且平整。
32.在一些优选实施例中，所述第二封装层还与背板连接。
33.在一些优选实施例中，所述第二封装层的厚度为百微米级或毫米级。
34.在一些优选实施例中，所述第二封装层的厚度为100μm-2mm。
35.在一些优选实施例中，所述钙钛矿太阳能电池包括导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及电极。
36.在一些较为具体的实施例中，所述导电基底可以包括tco玻璃基底，但不局限于此。
37.在一些较为具体的实施例中，所述电子传输层的材质可以选自tio2、sno2、zno、niox、pedot：pss、ptaa中的任意一种或两种以上，但不局限于此。
38.在一些较为具体的实施例中，所述钙钛矿层的结构式可以是mapbi3、fapbi3、fa
0.8
cs
0.1
ma
0.1
pbi
2.9
br
0.1
(ma的结构式为ch3nh
3
，fa的结构式为ch4n
2
)中的任意一种，但不限于此。
39.在一些较为具体的实施例中，所述空穴传输层的材质可以选自spiro-ometad、pcbm、bcp、niox、sno2、tio2、moo3、zno、ptaa、pedot：pss中的任意一种或两种以上，但不局限于此。
40.在一些优选实施例中，所述电极为金属电极或透明电极。
41.在一些较为具体的实施例中，所述金属电极可以选自ag、al、au中的任意一种金属，但不局限于此；所述透明电极可以选自tco，但不局限于此。
42.在一些优选实施例中，所述钙钛矿太阳能电池为正向结构或反置结构。
43.本实用新型实施例的另一方面还提供了一种钙钛矿电池组件的封装方法，包括：
44.在钙钛矿太阳能电池表面均匀沉积致密的金属化合物形成第一封装层，用于阻隔钙钛矿太阳能电池与外界的物质交换；
45.在所述第一封装层上包覆第二封装层。
46.在一些优选实施例中，所述的封装方法具体包括：至少采用化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)中的任意一种方式在钙钛矿太阳能电池表面形成所述的第一封装层。
47.在一些优选实施例中，所述的封装方法具体包括：在所述第一封装层表面施加热熔胶形成所述的第二封装层。
48.在一些优选实施例中，所述的封装方法还包括：将所述第二封装层与背板连接。
49.在一些优选实施例中，所述第一封装层具有阻隔气体和水的功能，所述气体包括氧气和来源于钙钛矿太阳能电池的挥发性有机小分子。
50.在一些优选实施例中，所述第一封装层在所述钙钛矿太阳能电池的长度、宽度及高度方向上的厚度均保持一致。
51.在一些优选实施例中，所述第一封装层的厚度为1nm-1000nm。
52.在一些优选实施例中，所述第一封装层的材质包括al2o3、tio2、sno2、zno、zns中的任意一种或多种的组合。
53.如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本实用新型实施例所采用的外延、沉积等工艺均可以是本领域技术人员已知的，在此不做具体的限定。
54.实施例1
55.请参阅图1，本一种钙钛矿电池组件的封装结构，包括钙钛矿太阳能电池1、第一封装层2和热熔胶膜层(即前述第二封装层，下同)3；第一封装层2由致密的金属化合物组成，并均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池1表面，其至少用于阻隔钙钛矿太阳能电池1与外界的物质交换，所述热熔胶膜层3包覆在所述第一封装层2上。
56.具体的，所述第一封装层2在钙钛矿太阳能电池1的长度、宽度及高度方向上的厚度均保持一致，其中，所述第一封装层2的厚度为1nm-1000nm，且所述第一封装层2具有阻隔气体和水的功能，所述的气体可以是氧气和来源于钙钛矿太阳能电池1的挥发性有机小分子等。
57.具体的，在本实施例中，所述第一封装层2的材质可以是al2o3、tio2、sno2、zno、zns等中的任意一种或两种以上的组合，所述热熔胶膜层3的材质可以是eva和/或poe等，且所述热熔胶膜层3的表面平整并与背板4连接。
58.本实施例中的钙钛矿太阳能电池1为正向结构，所述钙钛矿太阳能电池1包括依次层叠设置的导电基底11、电子传输层12、钙钛矿层13、空穴传输层14以及电极15，其中，所述导电基底11选自tco玻璃基底，所述电子传输层12的材质选自tio2、sno2、zno、niox、pedot：pss、ptaa中的任意一种或两种以上的组合；所述钙钛矿层13的的材质为mapbi3、fapbi3、fa
0.8
cs
0.1
ma
0.1
pbi
2.9
br
0.1
(ma的结构式为ch3nh
3
，fa的结构式为ch4n
2
)中的任意一种；所述空穴传输层14的材质选自spiro-ometad、pcbm、bcp、niox、sno2、tio2、moo3、zno、ptaa、pedot：pss中的任意一种或两种以上的组合；所述电极15为金属电极或透明电极等，所述金属电极选自ag、al、au中的任意一种金属，所述透明电极选自tco等。
59.请参阅图2，一种钙钛矿电池组件的封装方法可以包括如下步骤：
60.提供钙钛矿太阳能电池1；
61.使用三甲基铝(tma)作为铝源，使用水(h2o)作为氧源，将制作好的钙钛矿太阳能
电池1放入反应舱内，抽真空后加热至100℃，设置高纯氮气流量为10ppm，之后按照tma0.01s、通气10s、h2o0.015s、通气10s的顺序循环40次，从而在钙钛矿太阳能电池1的表面形成一层致密的金属化合物，并使该致密的金属化合物均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池1的表面，从而形成所述的第一封装层2，结束后充气取出钙钛矿太阳能电池1；
62.在所述第一封装层2表面施加热熔胶形成热熔胶膜，并以所述的热熔胶膜作为所述的第二封装层，所述热熔胶膜与所述第一封装层连接，其中，所述热熔胶可以是eva和/或poe等。
63.在所述热熔胶膜的上表面覆设背板4，之后置于层压机中，首先抽真空将空气除去，然后加热至90-150℃以使热熔胶膜融化，从而使所述热熔胶膜与所述第一封装层、背板粘结在一起，从而形成钙钛矿电池组件的封装结构。
64.实施例2
65.本实施例提供的钙钛矿电池组件的封装结构与实施例1中的钙钛矿电池组件的封装结构基本相同，且封装方法也相同，其区别点在于：
66.本实施例中的钙钛矿太阳能电池1为反置结构器件，所述钙钛矿太阳能电池1包括依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层以及电极，其中，导电基底选自tco玻璃基底；空穴传输层的材质选自spiro-ometad、pcbm、bcp、niox、sno2、tio2、moo3、zno、ptaa、pedot：pss中的任意一种或两种以上；钙钛矿层的的结构为mapbi3、fapbi3、fa
0.8
cs
0.1
ma0.1pbi
2.9
br
0.1
(ma的结构式为ch3nh
3
，fa的结构式为ch4n
2
)中的任意一种；电子传输层的材质选自tio2、sno2、zno、niox、pedot：pss、ptaa中的任意一种或两种以上；电极为金属电极或透明电极，金属电极选自ag、al、au中的任意一种金属，透明电极选自tco。
67.对比例1
68.对比例1提供的钙钛矿电池组件的封装结构与实施例1的钙钛矿电池组件的封装结构基本相同，其区别点在于：钙钛矿太阳能电池1的表面不设置第一封装层2，直接设置热熔胶膜层3。
69.对比例2
70.对比例2提供的钙钛矿电池组件的封装结构与实施例2的钙钛矿电池组件的封装结构基本相同，其区别点在于：钙钛矿太阳能电池1的表面不设置第一封装层2，直接设置热熔胶膜层3。
71.将实施例1-2和对比例1-2所获得的封装钙钛矿电池组件进行性能测试，其测试结果见下表1。
72.表1为实施例1-2和对比例1-2所获得的封装钙钛矿电池组件的性能测试结果
73.由表1可以看出，本实用新型实施例提供的钙钛矿电池组件在持续光照运行1000
小时后，仅仅衰减了7％-10％，与之对比的常规方案衰减了多达29％，同时，将钙钛矿电池组件在温度85℃、相对湿度rh 85％的环境中保存2000小时后，本实用新型实施例提供的钙钛矿电池组件只有3％-5％的效率损失，远远低于常规方案20％的衰减，本实用新型实施例提供的钙钛矿电池组件稳定性的提高非常显著。
74.此外，本案实用新型人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
75.尽管已参考说明性实施例描述了本实用新型，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本实用新型的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本实用新型的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本实用新型的教示。因此，本文并不打算将本实用新型限制于用于执行本实用新型的所揭示特定实施例，而是打算使本实用新型将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

技术特征：
1.一种钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于包括：钙钛矿太阳能电池、第一封装层和第二封装层；所述第一封装层由致密的金属化合物组成，并均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池表面，且至少用于阻隔钙钛矿太阳能电池与外界的物质交换；所述第二封装层包覆在所述第一封装层上。2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第一封装层在所述钙钛矿太阳能电池的长度、宽度及高度方向上的厚度均保持一致。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第一封装层的厚度为1nm-1000nm。4.根据权利要求1或2所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第一封装层包括水气阻隔层，所述水气阻隔层至少用于阻隔氧气、来源于钙钛矿太阳能电池的挥发性有机小分子以及水透过。5.根据权利要求4所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第一封装层包括al2o3层、tio2层、sno2层、zno层、zns层中的任意一者或多者的叠层组合。6.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第二封装层采用热熔胶膜。7.根据权利要求6所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述热熔胶膜包括eva膜和/或poe膜。8.根据权利要求1或6所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第二封装层的表面平整。9.根据权利要求1或6所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第二封装层还与背板连接。10.根据权利要求1或6所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第二封装层的厚度为微米级或毫米级。11.根据权利要求1或6所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于：所述第二封装层的厚度为100μm-2mm。

技术总结
本实用新型揭示了一种钙钛矿电池组件的封装结构。所述钙钛矿电池组件的封装结构包括钙钛矿太阳能电池、第一封装层和第二封装层；所述第一封装层由致密的金属化合物组成，并均匀覆盖于钙钛矿太阳能电池表面，用于阻隔钙钛矿太阳能电池与外界的物质交换；所述第二封装层包覆在所述第一封装层上。本实用新型提供的钙钛矿电池组件的封装结构，使用双层封装结构对钙钛矿电池组件进行保护，是一种容错率更高，使用范围更广，使用条件更宽松的封装方式，且封装后的钙钛矿电池组件可以达到商业化使用标准，寿命以及衰减率均达到国家标准。寿命以及衰减率均达到国家标准。寿命以及衰减率均达到国家标准。


技术研发人员：安扬 陈伟中 袁晨辰 蔡龙华 田清勇 范斌
受保护的技术使用者：昆山协鑫光电材料有限公司
技术研发日：2021.09.22
技术公布日：2022/5/25