一种钙钛矿太阳能电池的封装方法及钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的封装方法及钙钛矿太阳能电池。该封装方法包括将钙钛矿叠层置于盖板玻璃和底板玻璃之间，采用冷激光将所述盖板玻璃和底板玻璃的四周焊接封装的步骤。上述钙钛矿太阳能电池包括：盖板玻璃、钙钛矿叠层、底板玻璃；其中，所述底板玻璃设有凹槽；所述钙钛矿叠层设于所述盖板玻璃的表面，并且，所述钙钛矿叠层设于所述凹槽之内；所述底板玻璃和所述盖板玻璃通过冷激光焊接封装。本发明专利技术的封装方法很好地实现了对于钙钛矿太阳能电池模组的密封封装，能够阻隔水气分子进入，从而保护内部的钙钛矿材料。从而保护内部的钙钛矿材料。从而保护内部的钙钛矿材料。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的封装方法及钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池封装
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池的封装方法及由此得到的钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]钙钛矿是一种分子通式为ABX3的晶体材料，呈八面体形状，光电转换效率高，钙钛矿太阳能电池(PSCs)是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池的代表，具有高效率、低成本、高柔性等优势。
[0003]钙钛矿太阳能电池在效率和成本方面都优于晶硅电池，但其主要缺点是寿命短，也就是稳定性差。钙钛矿太阳能电池的稳定性是目前制约其产业化的主要因素。目前，钙钛矿太阳能电池的T80寿命约为4000小时，其效率仅为初始值的80％，与目前主流光伏技术25年寿命相差甚远。钙钛矿太阳能电池不稳定的原因主要有：吸湿性、热不稳定性、离子迁移等，以及外部因素如紫外线、光照等。
[0004]造成电池不稳定(产品寿命短)的各种因素中，比较重要的原因就是组成钙钛矿的ABX3材料本身遇水会反应，过热会分解，紫外光照会变质。从产业化的角度看，后两项难点可以通过限制工艺温度与使用环境温度来克服过热分解的问题，通常会限制制造工艺最高温度不超过120℃，使用环境温度不超过90℃。第三个难点可以通过防紫外光膜层等方法管控入射的紫外辐射的强度与波长，是比较容易克服的。目前无法克服的是如何防止环境中的水气(湿度)扩散进入电池内部，特别是进入钙钛矿层，引起水分子与钙钛矿发生化学反应，一旦发生水合反应就会造成钙钛矿(例如：CH3NH3PbI3)分解，这是不可逆反应，一旦发生就会导致太阳能电池永久失效。
[0005]钙钛矿太阳能电池的钙钛矿(ABX3)家族中(CH3NH3)
+
PbI3是经常被用来开发或测试的一种组份，以CH3NH3PbI3为例，如果遇到从环境中渗透进来的H2O，将会发生下列一连串的化学反应：
[0006]CH3NH
3+
+H2O
→
CH3NH2+H3O
+ (1)
[0007]CH3NH3PbI3+H2O
→
CH3NH2+Pb
2+
+3I
‑
+H3O
+
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0008]上述化学反应式中CH3NH2在常压下的沸点温度约为
‑
6℃(266.83K)，在常温时会气化逸散。反应后产生的碘离子(I
‑
)会和H3O
+
反应生成HI与H2O；
[0009]I
‑
+H3O
+
→
HI+H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0010]HI在常压下的沸点温度是
‑
35.4℃(237.6K)，在常温时也会气化，而反应式(3)中所产生的水又可以再次回头与尚未反应的CH3NH3PbI3继续反应，因此，H2O在这里也同时扮演催化剂的角色，少量的H2O就可以循环反应将CH3NH3PbI3消耗掉，最终留下没有任何光电转换效能的PbI2。
[0011]目前钙钛矿太阳能电池的封装结构与方法仍然沿袭或模仿第一、二代太阳能电池的传统方法，无法有效达到绝水气密的封装效果。传统的双玻太阳能电池封装使用两片玻璃与一层乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(Ethylene
‑
vinyl acetate copolymer,EVA)或聚烯烃弹性
体(POE)胶膜，将光电模组用层压法压合后，再在双玻夹层四周涂上丁基胶，作为侧边的密封胶。对于传统的一代、二代太阳能电池而言，无论是单晶硅、多晶硅、薄膜非晶硅，还是GaAs、InP、铜铟镓硒CIGS、碲化镉CdTe等薄膜型的光电模组，光电转换材料本身对水气均比较稳定，丁基胶基本可以满足导线与电极的隔水隔氧保护功能。但丁基胶无法承受户外环境长期的严酷考验，一般均无法完成太阳能电池的30年室外使用寿命的要求。
[0012]对于钙钛矿太阳能电池而言，由于钙钛矿对于水的不稳定性，电池模组的绝水气密封装与使用寿命远非丁基胶可以负担。最佳的绝水封装材料，又要能保用30年封装寿命的耐用度，就是玻璃封装，就像电子产业、半导体产业、真空玻璃产业均使用玻璃封装，简单的讲就是将玻璃粉调成糊状涂布于两片玻璃板四周的中间夹层，再经过玻璃烧结反应将玻璃板黏合并达到无孔隙的气密封装状态，业界经常使用的封装玻璃粉可以分为高温型与低融点型，前者经常用来气密封装燃料电池，封装烧结温度高达900℃以上，后者常用于电子元件的绝缘封装或是部分真空玻璃器件的封装，烧结温度至少也要300℃以上，均远高于钙钛矿太阳能电池中对于钙钛矿材料的上限温度(150℃)。此外，太阳能电池长期使用于户外，需要避免使用会氧化的金属材料作为封装材料，同时，目前也不存在封装温度低于120℃的抗氧化合金，因此，合金封装材料不考虑应用于双玻周边的封装。
[0013]鉴于以上情况，目前钙钛矿太阳能电池确实被双玻组件的周边封装所困扰而延误产业化的进程。

技术实现思路

[0014]为解决上述技术问题，本专利技术的技术目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池的封装方法及钙钛矿太阳能电池，通过激光焊接的方式在不采用焊料的情况下进行封装，实现钙钛矿太阳能电池的封装。
[0015]为达到上述目的，本专利技术首先提供了一种钙钛矿太阳能电池的封装方法，其包括：将钙钛矿叠层置于盖板玻璃和底板玻璃之间，采用冷激光将所述盖板玻璃和底板玻璃的四周焊接封装的步骤。
[0016]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，所述钙钛矿太阳能电池还包括胶膜，所述胶膜位于所述钙钛矿叠层与所述底板玻璃之间。所述胶膜的面积大于所述钙钛矿叠层的面积，胶膜的四个边长略长于膜层对应的各边长，使胶膜具有敷盖保护的效果。
[0017]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，所述底板玻璃设有凹槽，所述钙钛矿叠层位于所述凹槽之内。所述凹槽可以是采用包括但不限于化学蚀刻、研磨抛光、激光除膜等的工艺制成的。
[0018]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，所述凹槽的边与所述底板玻璃的边沿底板玻璃表面的距离不大于20mm，即底板玻璃具有宽度不大于20mm的边框。
[0019]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，所述凹槽的深度不低于所述钙钛矿叠层的厚度；更优选地，当含有胶膜时，所述凹槽的深度不低于所述钙钛矿叠层与所述胶膜的厚度之和；以便使钙钛矿叠层或钙钛矿叠层与胶膜的组合能够完全放入所述凹槽之中。
[0020]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，当不含有胶膜时，所述凹槽的深度为0.8
‑
1.2μm；当含有胶膜时，所述凹槽的深度为0.5
‑
800μm，优选1
‑
105μm。举例来说：如果钙钛矿光电模组(堆叠镀膜)的厚度为1μm，POE胶膜厚度为100μm，则底板玻璃边框内的减薄深度应
不小于101μm。
[0021]根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的封装方法，其包括：将钙钛矿叠层置于盖板玻璃和底板玻璃之间，采用冷激光将所述盖板玻璃和底板玻璃的四周焊接封装的步骤。2.根据权利要求1所述的封装方法，其中，所述钙钛矿太阳能电池还包括胶膜，所述胶膜位于所述钙钛矿叠层与所述底板玻璃之间。3.根据权利要求1或2所述的封装方法，其中，所述底板玻璃设有凹槽，所述钙钛矿叠层位于所述凹槽之内；优选地，所述凹槽的深度不低于所述钙钛矿叠层的厚度；当含有胶膜时，所述凹槽的深度不低于所述钙钛矿叠层与所述胶膜的厚度之和；更优选地，当不含有胶膜时，所述凹槽的深度为0.8
‑
1.2μm；当含有胶膜时，所述凹槽的深度为0.5
‑
800μm，优选1
‑
105μm；优选地，所述胶膜的表面积不大于所述凹槽的底面面积。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的封装方法，其中，所述冷激光的激光脉冲半高宽度小于等于20皮秒。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的封装方法，其中，所述冷激光的波长为800nm
‑
1600nm，优选为800nm、1045nm、1064nm或1588nm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的封装方法，其中，所述冷激光的重复率为1Hz
‑
10MHz。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的封装方法，其中，焊接处的玻璃之间的缝隙小于40μm，优选为小于25μm。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的封装方法，其中，由焊缝构成的焊接区域位于底板玻璃的边框区域，焊接区的宽度应不小于8mm。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述的封装方法，其中，所述焊接形成若干条焊缝，并且，所述若干条焊缝的间隔距离不小于150μm，焊缝深度不小于20μm。10.根据权利要求1
‑
9任一项所述的封装方法，其中，该封装方法还包括在所述底板玻璃上开设通孔的步骤，优选地，所述通孔开设于所述底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁原杰，叶舒，
申请(专利权)人：福耀高性能玻璃科技福建有限公司，
类型：发明
国别省市：