一种钙钛矿太阳能电池封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池封装结构及封装方法。


背景技术：

2.钙钛矿太阳能电池器件以其光电转换效率高、原材料来源广泛、制备工艺简单、成本低等优点，得到广泛关注和研究。钙钛矿太阳能电池器件对水汽和氧气非常敏感。水汽渗入会导致钙钛矿电池的电极材料被氧化，电阻增加，器件效率降低，加速失效；氧气的渗入会在太阳光紫外线的作用下转化为臭氧，导致钙钛矿电池器件的功能层发生变质，严重影响其转换效率；因此钙钛矿太阳能电池的封装尤为重要，阻隔水汽和氧气的效果直接关系到钙钛矿太阳能电池的转换效率和使用寿命。
3.目前钙钛矿太阳能电池的封装方法，通常采用上下基板和中间填充层的封装结构，将钙钛矿电池设置在基板和盖板之间，在中间整面性进行填充eva或poe胶膜，再进行真空贴合和真空加热固化工艺，其中真空加热固化工艺温度较高，可能导致钙钛矿层分解，影响其转换效率。而且，有机材料本身的阻隔水氧能力差，尤其在封装的边缘，水汽和氧气更容易渗入，通常需要做边框加固或增大封装面积以增加封装效果，导致封装宽度增加，降低了太阳能电池的有效使用面积。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有太阳能电池的封装结构无法有效隔绝水汽和氧气的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池封装结构及封装方法。
5.本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池封装结构，包括太阳能电池组件、导电玻璃基板、玻璃盖板、干燥层和封装件，所述封装件由无机粘结剂制备而成，所述封装件设置于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间，所述封装件熔融后粘接于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间形成密封空间；所述太阳能电池组件和所述干燥层设置于所述密封空间内，所述太阳能电池组件设置于所述导电玻璃基板上，所述干燥层设置于所述玻璃盖板上。
6.可选地，所述无机粘结剂包括如下重量组分：40-70份石英粉、20-40份助熔剂和10-20份树脂粘合剂。
7.可选地，所述助熔剂包括na2co3、mgco3、baco3、caco3、catio3和batio3中的一种或多种。
8.可选地，以所述助熔剂的重量份为基准，所述助熔剂包括20-100份na2co3，20-100份mgco3，0-40份baco3，0-40份caco3，0-40份catio3，0-40份batio3。
9.可选地，所述干燥层包括一个或多个干燥单元，所述干燥单元粘接在所述玻璃盖板上，且多个所述干燥单元间隔设置于所述玻璃盖板上。
10.可选地，所述太阳能电池组件包括自下而上依次设置的第一电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及第二电极层，所述第一电极层设置于所述导电玻璃基板上。
11.可选地，所述导电玻璃基板上设置有第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子通过设置导线与所述第一电极层连接，所述第二电极端子通过设置导线与所述第二电极层连接；所述导线贯穿所述封装件，所述封装件在熔融状态下包裹所述导线的外周。
12.另一方面，本发明提供一种如上任一项所述的钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法，包括以下步骤：
13.获得所述导电玻璃基板和玻璃盖板；
14.在导电玻璃基板上制备太阳能电池组件；
15.制备无机粘结剂，将所述无机粘结剂涂覆在所述玻璃盖板上，形成胶框，然后进行预固化，得到粘接有所述封装件的玻璃盖板；
16.在所述封装件内的所述玻璃盖板上涂覆干燥剂形成所述干燥层；
17.将具有太阳能电池组件的导电玻璃基板与形成有干燥层的玻璃盖板贴合，在保护气氛下对所述封装件进行激光烧结，所述封装件连接所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板的两端处于熔融状态，以使所述封装件、所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间形成密封空间。
18.可选地，所述预固化的温度为150～300℃。
19.可选地，在导电玻璃基板上制备太阳能电池组件前，在所述导电玻璃基板上进行激光刻线，预留与太阳能电池组件连接的导线。
20.在本发明中，通过使用由无机粘结剂制备的封装件，增强了封装结构对水汽和氧气的阻隔性能，有效提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性及其使用寿命。通过在密封空间内设置干燥层，吸收密封空间内部残留的水汽、太阳能电池组件在使用过程中的老化反应而溢出的水汽以及因封装边缘渗入的外界水汽，提高钙钛矿太阳能电池的使用寿命。
21.本发明提供的封装方法采用激光局部烧结，不需要将整个电池置于高温环境中，避免了高温对太阳能电池组件造成损伤的风险，提高了封装的速度和可靠性。通过使用无机粘结剂制备的封装件，可降低封装厚度和边框尺寸，增加了钙钛矿太阳能电池有效面积。
附图说明
22.图1是本发明一实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池封装结构的结构示意图；
23.图2是本发明一实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池封装结构的玻璃盖板的结构示意图；
24.图3是本发明一实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池封装结构的导电玻璃基板的结构示意图；
25.图4是本发明一实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法的流程示意图。
26.说明书附图中的附图标记如下：
27.1、太阳能电池组件；11、第一电极层；12、电子传输层；13、钙钛矿层；14、空穴传输层；15、第二电极层；
28.2、导电玻璃基板；3、玻璃盖板；4、干燥层；5、封装件；
29.61、第一电极端子；62、第二电极端子。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
31.为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
32.如图1-图4所示，本发明的一实施例的一种钙钛矿太阳能电池封装结构，包括太阳能电池组件1、导电玻璃基板2、玻璃盖板3、干燥层4和封装件5，所述封装件5由无机粘结剂制备而成，所述封装件5设置于所述导电玻璃基板2和所述玻璃盖板3之间，所述封装件5熔融后粘接于所述导电玻璃基板2和所述玻璃盖板3之间形成密封空间。所述太阳能电池组件1和所述干燥层4设置于所述密封空间内，所述太阳能电池组件1设置于所述导电玻璃基板2上，所述干燥层4设置于所述玻璃盖板3上。
33.具体地，干燥层4由干燥剂形成，干燥剂为cao、bao、cacl2中的一种或多种。
34.在本实施例中，通过使用由无机粘结剂制备的封装件5，增强了封装结构对水汽和氧气的阻隔性能，有效提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性及其使用寿命。通过在密封空间内设置干燥层4，吸收密封空间内部残留的水汽、太阳能电池组件1在使用过程中的老化反应而溢出的水汽以及因封装边缘渗入的外界水汽，提高钙钛矿太阳能电池的使用寿命。
35.在本发明的一些实施例中，所述无机粘结剂包括如下重量组分：40-70份石英粉、20-40份助熔剂和10-20份树脂粘合剂。
36.具体地，树脂粘合剂为二甘醇一丁醚。
37.在本发明的一些实施例中，所述助熔剂包括na2co3、mgco3、baco3、caco3、catio3和batio3中的一种或多种。通过使用助熔剂降低无机粘结剂的熔融温度，同时，封装件5在激光烧结时分解产生微量的co2，填充到密封空间内，使密封空间内形成微正压环境，增强封装件5对空气尤其是氧气渗入的阻隔作用。
38.在本发明的一些实施例中，以所述助熔剂的重量份为基准，所述助熔剂包括20-100份na2co3，20-100份mgco3，0-40份baco3，0-40份caco3，0-40份catio3，0-40份batio3。
39.在优选地实施例中，所述助熔剂包括40份na2co3，40份caco3，20份batio3。
40.在本发明的一些实施例中，封装件5的高度为5-10μm，封装件5与玻璃盖板3、导电玻璃基板2的连接面的宽度分别为1000-3000μm。
41.在本发明的一些实施例中，玻璃盖板3的厚度位1-6mm，所述玻璃盖板3上设置有封装件5，玻璃盖板3边缘与封装件5边缘间距＜5mm；制备封装件5的无机粘结剂和玻璃盖板3的热膨胀系数相当。使得封装结构厚度薄，封装件5与玻璃盖板3的连接面窄，增大钙钛矿太阳能电池有效利用面积。
42.如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，所述干燥层4包括一个或多个干燥单元，所述干燥单元粘接在所述玻璃盖板3上，且多个所述干燥单元间隔设置于所述玻璃盖板3上。具体地，干燥层4的厚度为2-8μm。
43.如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述太阳能电池组件1包括自下而上依次设置的第一电极层11、电子传输层12、钙钛矿层13、空穴传输层14及第二电极层15，所述第一电极层11设置于所述导电玻璃基板2上，导电玻璃基板2上设置有多个太阳能电池形成太阳能电池组件1，多个太阳能电池之间串联，一个太阳能电池的第二电极层15与另一所述太
阳能电池的第一电极层11连接。
44.如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述导电玻璃基板2上设置有第一电极端子61和第二电极端子62，所述第一电极端子61通过设置导线与所述第一电极层11连接，所述第二电极端子62通过设置导线与所述第二电极层15连接。所述导线贯穿所述封装件5，所述封装件5在熔融状态下包裹所述导线的外周。将第一电极端子61和第二电极端子62设置在封装件5的外周，封装件5经激光烧结后可保证导线位置的密封性和绝缘性，因此通过在封装件5下方直接引出电极导线，避免了在玻璃盖板3上进行打孔，简化了封装工艺，提高了可靠性。
45.另一方面，如图4所示，本发明一实施例还提供一种如上任一项实施例所述的钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法，包括以下步骤：
46.获得所述导电玻璃基板2和玻璃盖板3。
47.在导电玻璃基板2上制备太阳能电池组件1。
48.制备无机粘结剂，将所述无机粘结剂涂覆在所述玻璃盖板3上，形成胶框，然后进行预固化，得到粘接有所述封装件5的玻璃盖板3。
49.在所述封装件5内的所述玻璃盖板3上涂覆干燥剂形成所述干燥层4。
50.将具有太阳能电池组件1的导电玻璃基板2与形成有干燥层4的玻璃盖板3贴合，在保护气氛下对所述封装件5进行激光烧结，所述封装件5连接所述导电玻璃基板2和所述玻璃盖板3的两端处于熔融状态，以使所述封装件5、所述导电玻璃基板2和所述玻璃盖板3之间形成密封空间。
51.具体地，保护气氛为氮气，通过形成氮气环境，避免未封装的太阳能电池组件1暴露在空气中。
52.在本实施例中，封装方法采用激光局部烧结，不需要将整个电池置于高温环境中，避免了高温对太阳能电池组件1造成损伤的风险，提高了封装的速度和可靠性。通过使用无机粘结剂制备的封装件5，可降低封装厚度和边框尺寸，增加了钙钛矿太阳能电池有效面积。
53.在本发明的一些实施例中，所述预固化的温度为150～300℃。
54.如图4所示，在本发明的一些实施例中，在导电玻璃基板2上制备太阳能电池组件1前，在所述导电玻璃基板2上进行激光刻线，预留与太阳能电池组件1连接的导线。
55.在一具体实施例中，钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法包括以下步骤：
56.清洗导电玻璃基板2，导电玻璃基板2上设置有第一电极层11，第一电极层11为fto(sno2：f)或ito(in2o3：sn)，第一电极层11的厚度为100nm；经超声清洗、臭氧清洗后，使玻璃表面水滴角＜5
°
。
57.激光刻线，按太阳能电池组件1的设计刻线，同时预留与第一电极端子61连接的导线。
58.在第一电极层11上制备电子传输层12，电子传输层12材料为sno2，采用sputter(磁控溅射)工艺进行成膜，膜厚20～30nm。
59.在电子传输层12上制备钙钛矿层13，在电子传输层12上蒸镀pbi2膜层，膜层厚度为300nm～500nm；然后蒸镀fai膜层(碘甲脒膜层)，膜厚300～500nm，在150℃下退火20min形成钙钛矿层13。
60.在钙钛矿层13上制备空穴传输层14，空穴传输层14材料为nio2，采用sputter工艺进行成膜，膜层厚度100～200nm。
61.激光刻线，使设计的太阳能电池组件1在做完第二电极层15时实现串联连接。
62.在空穴传输层14上制备第二电极层15，第二电极层材料为ag或cu，采用蒸镀工艺成膜，膜厚100nm-200nm。
63.按设计在第二电极层15上进行激光刻线，使太阳能电池组件1实现串联连接，同时预留与第二电极端子62连接的导线。
64.玻璃盖板3清洗，经水洗、等离子清洗，玻璃表面水滴角＜5
°
。
65.在玻璃盖板3上制备无机粘结剂，无机粘结剂成分为，50％石英粉；40％无机盐：40％na2co3，40％caco3，20％batio3；10％二甘醇一丁醚，无机粘结剂通过点胶或丝网印刷工艺，在玻璃盖板3上形成胶框，如图2。
66.对玻璃盖板3进行预烧结，使无机粘结剂预固化，预烧结温度为200℃。
67.在玻璃盖板3上制备干燥层4，干燥剂材料为cao，利用点胶工艺形成特定图案的干燥单元。
68.将具有太阳能电池组件1的导电玻璃基板2和玻璃盖板3贴合，贴合完成后，共同传送到激光设备，在n2氛围下进行激光烧结，使无机粘结剂熔融，把导电玻璃基板2和玻璃盖板3黏结在一起，完成封装。激光烧结中激光束为1-3mm，瞬时温度为600℃。
69.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，包括太阳能电池组件、导电玻璃基板、玻璃盖板、干燥层和封装件，所述封装件由无机粘结剂制备而成，所述封装件设置于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间，所述封装件熔融后粘接于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间形成密封空间；所述太阳能电池组件和所述干燥层设置于所述密封空间内，所述太阳能电池组件设置于所述导电玻璃基板上，所述干燥层设置于所述玻璃盖板上。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述无机粘结剂包括如下重量组分：40-70份石英粉、20-40份助熔剂和10-20份树脂粘合剂。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述助熔剂包括na2co3、mgco3、baco3、caco3、catio3和batio3中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，以所述助熔剂的重量份为基准，所述助熔剂包括20-100份na2co3，20-100份mgco3，0-40份baco3，0-40份caco3，0-40份catio3，0-40份batio3。5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述干燥层包括一个或多个干燥单元，所述干燥单元粘接在所述玻璃盖板上，且多个所述干燥单元间隔设置于所述玻璃盖板上。6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述太阳能电池组件包括自下而上依次设置的第一电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及第二电极层，所述第一电极层设置于所述导电玻璃基板上。7.根据权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述导电玻璃基板上设置有第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子通过设置导线与所述第一电极层连接，所述第二电极端子通过设置导线与所述第二电极层连接；所述导线贯穿所述封装件，所述封装件在熔融状态下包裹所述导线的外周。8.一种如权利要求1-7任一项所述的钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：获得所述导电玻璃基板和玻璃盖板；在导电玻璃基板上制备太阳能电池组件；制备无机粘结剂，将所述无机粘结剂涂覆在所述玻璃盖板上，形成胶框，然后进行预固化，得到粘接有所述封装件的玻璃盖板；在所述封装件内的所述玻璃盖板上涂覆干燥剂形成所述干燥层；将具有太阳能电池组件的导电玻璃基板与形成有干燥层的玻璃盖板贴合，在保护气氛下对所述封装件进行激光烧结，所述封装件连接所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板的两端处于熔融状态，以使所述封装件、所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间形成密封空间。9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述预固化的温度为150～300℃。10.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，在导电玻璃基板上制备太阳能电池组件前，在所述导电玻璃基板上进行激光刻线，预留与太阳能电池组件连接的导线。

技术总结
本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池封装结构及封装方法，封装结构包括太阳能电池组件、导电玻璃基板、玻璃盖板、干燥层和封装件，所述封装件由无机粘结剂制备而成，所述封装件设置于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间，所述封装件熔融后粘接于所述导电玻璃基板和所述玻璃盖板之间形成密封空间；所述太阳能电池组件和所述干燥层设置于所述密封空间内，所述太阳能电池组件设置于所述导电玻璃基板上，所述干燥层设置于所述玻璃盖板上。本发明的钙钛矿太阳能电池封装结构的封装方法增强了封装结构对水汽和氧气的阻隔效果。装结构对水汽和氧气的阻隔效果。装结构对水汽和氧气的阻隔效果。


技术研发人员：梁作 马昆松 任虎鸣
受保护的技术使用者：深圳无限光能技术有限公司
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/7/21