一种钙钛矿太阳能电池封装结构、封装方法及电池组件技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池封装结构、封装方法及电池组件。该封装结构自下而上依次为第一封装衬底、钙钛矿太阳能电池和第二封装衬底，还包括压力组件，压力组件包括壳体和设置于壳体内的弹性组件，所述钙钛矿太阳能电池嵌套设置于所述壳体的空腔，所述弹性组件设置于所述钙钛矿太阳能电池与所述第二封装衬底之间，所述弹性组件沿所述钙钛矿太阳能电池的边沿周向设置。封装壳体内部的弹性组件直接作用在钙钛矿太阳能电池，将其与第一封装衬底紧密贴合，压力可以均匀地传递到电池内部。施加的压力抑制了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层的分解，进一步的增强了钙钛矿太阳能电池在高温环境下的稳定性。环境下的稳定性。环境下的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池封装结构、封装方法及电池组件


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池封装结构、封装方法及电池组件。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池的活性层是有机无机杂化钙钛矿材料，这种材料的分子式为ABX3，A为有机阳离子(有机阳离子：CH3NH
3+
、HC(NH2)
2+
)，B为金属阳离子(如：Sn
2+
、Pb
2+
)，X是指卤族元素阴离子(如：Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
)。其中CH3NH
3+
等有机成分极易从材料中逸出，卤族元素阴离子和金属阳离子也很容易被氧化，而空气中的水分会加速有机无机杂化钙钛矿材料的老化。
[0003]同时，有机无机杂化钙钛矿材料的热稳定性较差，受热后极易发生分解，生成金属卤化物和胺盐。例如：CH3NH3PbI3＝CH3NH3I+PbI2，CH3NH3I进一步分解为CH3I和NH3气体，发生分解的过程从环境中吸收热量，当环境温度升高后有机无机杂化钙钛矿材料的分解过程会加速，因此钙钛矿太阳能电池的性能迅速衰减。同时，当外界环境向有机无机杂化钙钛矿材料施加一定压力，其分解过程会减缓。一些文献中已报道了高压可以抑制有机无机杂化钙钛矿材料在高温环境中的分解，这是因为压力提高了有机无机杂化钙钛矿材料中共价键断裂需要的能量。
[0004]商业化太阳能电池通常具有几年的寿命，在使用过程中无法避免地会经受高温、潮湿的环境，譬如；沙漠、湖泊。氧气、水分以及高温都会导致有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的迅速衰减，有机无机杂化钙钛矿材料较差的稳定性极大的影响了钙钛矿太阳能电池的应用，为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，通常会对其封装。常用的封装方法是将高透玻璃覆盖在电池表面，或者直接将封装胶涂覆在电池表面，以达到隔绝电池与外界环境的作用，防止空气以及环境中的液体和电池有效部分发生反应。现有技术主要是防止外部环境对钙钛矿太阳能电池的破坏，但是无法缓解电池由于内部老化带来的性能衰减，尤其高温情况下钙钛矿活性层的分解。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的钙钛矿太阳能电池稳定性差，无法缓解电池由于内部老化带来的性能衰减，尤其高温情况下钙钛矿活性层的分解的技术缺陷。提供一种钙钛矿太阳能电池封装结构、封装方法及电池组件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种钙钛矿太阳能电池封装结构，自下而上依次为第一封装衬底、钙钛矿太阳能电池和第二封装衬底，其特征在于，还包括压力组件，所述压力组件包括壳体和设置于所述壳体内的弹性组件，所述钙钛矿太阳能电池嵌套设置于所述壳体的空腔，所述弹性组件设置于所述钙钛矿太阳能电池与所述第二封装衬底之间，所述弹性组件沿所述钙钛矿太阳能电池的边沿周向设置。
[0008]本专利技术提供一种新型的钙钛矿太阳能电池封装结构，封装壳体可以隔绝钙钛矿太阳能电池与外界环境接触，避免空气中的氧气、水蒸气与电池发生反应，封装壳体内部的弹性组件直接作用在钙钛矿太阳能电池底部的导电金属氧化物(ITO)衬底上，将其与第二封装衬底紧密贴合，弹性组件布置在ITO玻璃四周，压力可以均匀地传递到电池内部。弹性组件施加的压力抑制了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层的分解，进一步的增强了钙钛矿太阳能电池在高温环境下的稳定性。
[0009]作为本专利技术的优选技术方案，所述弹性组件包括弹簧、弹性杆件中的任意一种或两种的组合；所述弹性组件在所述钙钛矿太阳能电池边沿周向等距分布。
[0010]为了保证弹性组件在所述钙钛矿太阳能电池上各个位置受力均匀，对施于钙钛矿太阳能电池上的弹性组件优选进行等距方式分布；当采用与钙钛矿太阳能电池的大小相适配的单一弹性组件时，采用同轴的设置方式进行装配。
[0011]作为本专利技术的优选技术方案，所述钙钛矿太阳能电池结构包括导电金属氧化物衬底和分层涂覆于所述导电金属氧化物衬底上的其他功能层，所述导电金属氧化物衬底靠近所述第二封装衬底设置，即导电金属氧化物衬底位于钙钛矿太阳能电池的顶层，其他功能层位于底层。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案，所述弹性组件作用在钙钛矿电池上的总压力为20
‑
30Mpa。当施加于导电金属氧化物衬底上的压力太小时，抑制分解的作用较弱，当压力太大时，超出ITO玻璃的抗压能力极限值容易造成ITO玻璃的破裂，且抑制效果不会得到更明显的提升。优选的，所述弹性组件作用在单位钙钛矿太阳能电池上的压力范围为22
‑
28Mpa。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，所述弹性组件的正投影面积占导电金属氧化物衬底正投影面积的10％
‑
60％。具体的，所述导电金属氧化物衬底面积为2cm
×
2cm，钙钛矿太阳能电池的有效面积为0.8cm
×
0.8cm，占所述导电金属氧化物衬底面积的16％左右；且位于所述导电金属氧化物衬底的中央位置；导电金属氧化物衬底上未被钙钛矿太阳能电池覆盖的部分为84％左右，即弹性组件仅占据导电金属氧化物衬底上未被钙钛矿太阳能电池覆盖的部分。
[0014]为了不影响钙钛矿太阳能电池的吸光能力，在设置弹性组件的过程中，要尽量避免遮挡钙钛矿太阳能电池的功能层的正投影面积。
[0015]作为本专利技术的优选技术方案，所述第一封装衬底包括玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料中的任意一种；所述第二封装衬底为高透玻璃。
[0016]作为本专利技术的优选技术方案，所述壳体分别与所述第一封装衬底、所述第二封装衬底通过胶水粘合连接。保证壳体和第一封装衬底的密闭性，以及壳体和第二封装衬底的密闭性。具体的，所述胶水采用环氧树脂胶水。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，所述壳体包括玻璃、陶瓷、塑料材质中的任意一种。
[0018]作为本专利技术的优选技术方案，所述钙钛矿太阳能电池包括正置结构或倒置结构。
[0019]倒置的钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次为ITO玻璃衬底、空穴传输层、钙钛矿活性层(CH3NH3PbI3)、电子传输层、缓冲层、银电极。
[0020]空穴传输层材料包括：氧化镍、聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩)(PEDOT/PSS)、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的任意一种。
[0021]钙钛矿活性层为包含有机成分的有机无机杂化金属卤化铅/锡钙钛矿材料ABX3，A
为有机阳离子(有机阳离子：CH3NH
3+
、HC(NH2)
2+
)，B为金属阳离子(如：Sn
2+
、Pb
2+
)，X是指卤族元素阴离子(如：Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
)。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封装结构，其特征在于，自下而上依次为第一封装衬底、钙钛矿太阳能电池和第二封装衬底，其特征在于，还包括压力组件，所述压力组件包括壳体和设置于所述壳体内的弹性组件，所述钙钛矿太阳能电池嵌套设置于所述壳体的空腔中，所述弹性组件设置于所述钙钛矿太阳能电池与所述第二封装衬底之间，所述弹性组件沿所述钙钛矿太阳能电池的边沿周向设置。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，所述弹性组件包括弹簧、弹性杆件中的任意一种或两种的组合；所述弹性组件在所述钙钛矿太阳能电池边沿周向等距分布。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，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括导电金属氧化物衬底和分层涂覆于所述导电金属氧化物衬底上的其他功能层，所述导电金属氧化物衬底靠近所述第二封装衬底设置。4.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，所述弹性组件作用在钙钛矿太阳能电池上的总压力为20
‑
30Mpa。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于，所述弹性组件的正投影面积占导电金属氧化物衬底正投影面积的10％
‑
60％。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：范继辉，尉渊，袁慧敏，庞智勇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：