一种钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池封装领域，提供了一种钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法。该钙钛矿太阳能电池器件包括玻璃基板、钙钛矿太阳能电池、惰性阻隔层、盖板以及盖板封装胶；钙钛矿太阳能电池设于玻璃基板上，惰性阻隔层设于钙钛矿太阳能电池上，盖板通过盖板封装胶无间隙贴合设于惰性阻隔层上。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法通过采用先惰性阻隔层封装后盖板无间隙贴合封装的组合封装方式，可以显著提升钙钛矿电池器件在高温(65

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池封装
，更具体而言，涉及一种钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法。

技术介绍

[0002]光伏技术是一种直接将光能转化为电能的技术，钙钛矿太阳能电池是一种新型的第三代太阳能电池，从2009年发展至今短短11年的时间实验室小面积器件的效率已达到25.5％，与占据着90％市场的晶体硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能的成本相对更加低廉，效率和晶硅电池的认证效率记录也很接近，目前面临的主要技术瓶颈就是电池的长期稳定性。
[0003]引起钙钛矿太阳能电池稳定性的原因包括多方面。首先，大多数有机无机杂化卤化物钙钛矿薄膜的结晶温度在100
‑
150℃，优化的退火时间约为10
‑
60min。这反映钙钛矿薄膜的晶体结合能很低。而整个钙钛矿材料的化学键包括Pb
‑
I、MA
‑
I或FA
‑
I、MA
‑
Pb或FA
‑
Pb，键能都比较弱。在高温和光照作用下，就会发生断键和材料的分解，从而释放出有机物、卤素类蒸汽。其分解反应化学式如下：
[0004][0005][0006]其中，甲脒FA由于比甲胺具有更大的分子量和更高的挥发温度、且FA
‑
Pb具有比MA
‑
Pb更强的配位键能，从而使得FA基钙钛矿的光热稳定性要优于MA基钙钛矿。但两种材料在长期光照+加热联合作用下，都存在缓慢释放有机组分的过程，两者仅仅存在速率差。解决问题的关键在于从动力学抑制气体分解物释放的速率，从热力学上影响上述分解放气反应平衡向右移动。通过增加无机阳离子Cs
+
和更大的有机胺阳离子部分取代FA
+
，有望增强分解放气反应的能垒，从而实现钙钛矿薄膜自身更高的光热稳定性。
[0007]对封装材料而言，商业上用于封装晶硅太阳能电池、CdTe、CIGS薄膜太阳能电池的常规技术是利用热熔胶膜通过塑料或玻璃盖板与电池片真空层压封装。常用的热熔胶膜材料包括PEO、EVA、丁基胶等，由于其廉价、耐候性、阻水性已经得到了应用验证，这些热熔胶材料也可以尝试用于钙钛矿太阳能电池的封装。但考虑到钙钛矿太阳能电池材料体系和膜层结构的特殊性，直接套用晶硅电池的封装办法，会导致封装失败。首先，钙钛矿太阳能电池中存在很多对热敏感的材料组成部分，包括有机无机杂化钙钛矿薄膜，有机电荷传输材料，这些热敏感材料在层压过程中的热作用下很容易发生化学分解或变性；其次，有些热熔胶膜在电池热压封装过程或电池长期使用过程中会释放出酸性气体或吸附的水分子，这些释放物会渗透进入电池活性层导致材料降解和器件效率下降；再次，钙钛矿太阳能电池很多功能薄膜厚度很薄，有的只有几个纳米到几十个纳米，这么薄的有机膜层，在热压过程中热熔胶的渗透导致的机械应力损伤会破坏薄膜形貌的完整性，从而引起封装后器件初始效率的下降。
[0008]类似的问题在有机发光二极管(OLED)封装中也存在，OLED器件中的有机薄膜不能耐受直接的热压封装，所以OLED通常采用带空腔的盖板封装。封装部分只在OLED器件活性区的边缘，即器件基片与封装盖板边框的接合部位。这种带空腔的盖板封装方法也常被用于封装钙钛矿太阳能电池，尽管这样做可以避免封装带来的初始效率损失，但空腔的存在仍然给水氧从边封区渗透进来破坏钙钛矿留下隐患，同时空腔也给钙钛矿材料在高温与光照联合作用下的有机或卤素气态分解物留下了一定的释放空间，从而从两方面影响了器件的长期工作稳定性。此外，空腔会导致器件的机械强度存在一定的问题，大面积器件容易在外力作用下出现碎裂或变型压伤活性区，从而造成器件失效的风险。因此，采用电池片与盖板直接紧密无缝贴合的封装是必要的，但前提是如何实现紧密贴合还不损伤器件的初始效率和提高器件的长期工作稳定性，尤其是对钙钛矿太阳能电池目前非常困难的高温(65
‑
85℃)+光照联合作用下的稳定性。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池器件及其封装方法，以解决现有技术中钙钛矿太阳能电池器件在高温(65
‑
85℃)和光照联合作用下稳定性差的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：
[0011]本专利技术一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池器件，所述钙钛矿太阳能电池器件包括玻璃基板、钙钛矿太阳能电池、惰性阻隔层、盖板以及盖板封装胶；
[0012]所述钙钛矿太阳能电池设于所述玻璃基板上，所述惰性阻隔层设于所述钙钛矿太阳能电池上，所述盖板通过所述盖板封装胶无间隙贴合设于所述惰性阻隔层上。
[0013]优选的，所述惰性阻隔层为派拉林薄膜层，所述派拉林薄膜层的材料为聚对二甲苯高分子材料。
[0014]优选的，所述惰性阻隔层包括N层复合薄膜层，每层所述复合薄膜层相互叠加设置在所述钙钛矿太阳能电池上，每层所述复合薄膜层包括一层派拉林薄膜层和一层第一无机薄膜层，所述派拉林薄膜层、所述第一无机薄膜层依次沿着远离所述钙钛矿太阳能电池的方向设置；其中，所述N为正整数，所述第一无机薄膜层通过原子层沉积获得。
[0015]优选的，每层所述复合薄膜层还包括介于所述派拉林薄膜层和所述第一无机薄膜层之间的第二无机薄膜层，所述第二无机薄膜层选自氟化镁、氧化硅中的任意一种。
[0016]优选的，所述派拉林薄膜层选自派拉林C、派拉林F、派拉林N、派拉林D、派拉林HT中的任意一种；和/或
[0017]所述第一无机薄膜层为氧化物薄膜层或者氮化物薄膜层，所述氧化物薄膜层选自Al2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、ZnO、Ta2O5、TiO2、SnO2、Nb2O5，Y2O3、MgO、CeO2、La2O3、SrTiO3、BaTiO3、In2O3、NiO、CoO
x
、MoO3、V2O5、WO3中的任意一种；所述氮化物薄膜层选自氮化硅或者氮化铝中的任意一种。
[0018]优选的，所述盖板封装胶为热熔胶或者紫外胶。
[0019]本专利技术另一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池器件的封装方法，所述封装方法包括：
[0020]在玻璃基板上制作钙钛矿太阳能电池；
[0021]在所述钙钛矿太阳能电池表面制作惰性阻隔层；
[0022]采用盖板封装胶将盖板无间隙贴合封装在所述惰性阻隔层上。
[0023]优选的，所述在所述钙钛矿太阳能电池表面制作惰性阻隔层，包括：
[0024]对所述钙钛矿太阳能电池表面进行气相沉积，以在所述钙钛矿太阳能电池表面制备派拉林薄膜层；在制备的所述派拉林薄膜层表面进行原子层沉积，以在所述派拉林薄膜层上制备第一无机薄膜层。
[0025]优选的，所述在制备的所述派拉林薄膜层表面进行原子层沉积，以在所述派拉林薄膜层上制备第一无机薄膜层之前，还包括：在制备的所述派拉林薄膜层表面进行真空蒸镀，以在所述派拉林薄膜层上制备第二无机薄膜层。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池器件包括玻璃基板、钙钛矿太阳能电池、惰性阻隔层、盖板以及盖板封装胶；所述钙钛矿太阳能电池设于所述玻璃基板上，所述惰性阻隔层设于所述钙钛矿太阳能电池上，所述盖板通过所述盖板封装胶无间隙贴合设于所述惰性阻隔层上。2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，所述惰性阻隔层为派拉林薄膜层，所述派拉林薄膜层的材料为聚对二甲苯高分子材料。3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，所述惰性阻隔层包括N层复合薄膜层，每层所述复合薄膜层相互叠加设置在所述钙钛矿太阳能电池上，每层所述复合薄膜层包括一层派拉林薄膜层和一层第一无机薄膜层，所述派拉林薄膜层、所述第一无机薄膜层依次沿着远离所述钙钛矿太阳能电池的方向设置；其中，所述N为正整数，所述第一无机薄膜层通过原子层沉积获得。4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，每层所述复合薄膜层还包括介于所述派拉林薄膜层和所述第一无机薄膜层之间的第二无机薄膜层，所述第二无机薄膜层选自氟化镁、氧化硅中的任意一种。5.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，所述派拉林薄膜层选自派拉林C、派拉林F、派拉林N、派拉林D、派拉林HT中的任意一种；和/或所述第一无机薄膜层为氧化物薄膜层或者氮化物薄膜层，所述氧化物薄膜层选自Al2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、ZnO、Ta2O5、TiO2、SnO2、Nb2O5，Y2O3、MgO、CeO2、La2O3、SrTiO3、BaTiO3、In2O3、NiO、CoO
x
、MoO3、V2O5、WO3中的任意一种；所述氮化物薄膜层选自氮化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，刘宗豪，周静，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：