一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，包括：掩膜版放置于玻璃盖板上并加热，熔融无机玻璃粉末通过碰撞铺平沉积于玻璃盖板表面形成致密的框型无机密封预制条；通过表面摩擦和刮平，控制框型无机密封预制条厚度达到设定厚度，形成框型密封优化条；将玻璃盖板与导电玻璃电池基板堆叠放置于加热板上并用夹具固定；加热框型密封优化条使其融化形成致密结构的密封条，玻璃盖板与电池基板连接实现对内部电池部分的封装。本发明专利技术的封装材料为纯无机成分，全程未使用任何有机高分子材料，避免了有机封装剂挥发对电池性能破坏的问题；无机材料对水氧的隔绝性能远大于有机高分子材料，封装的长期有效性得到显著提升。效性得到显著提升。效性得到显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法。

技术介绍

[0002]环境污染和能源危机是当今人类社会面临的两大难题，这使得开发高效的清洁能源变得迫在眉睫。太阳能具备着无地域限制、清洁无害、总量巨大等显著优势，将太阳能转化为电能是目前研究的重要方向之一。钙钛矿材料具备光吸收系数高、带隙可调、载流子扩散距离长等优势，堪称完美的光吸收材料。从2009年第一块钙钛矿电池诞生以来，仅仅十几年钙钛矿电池的效率就已经突破25％，与主流的晶硅电池效率相当。
[0003]尽管钙钛矿电池有着高效率，但是相比于传统晶硅电池，稳定性限制了这项技术的应用。钙钛矿电池的水氧稳定性极差，暴露于空气中几小时就会分解而失去性能。因此开发有效的长期稳定封装技术，是钙钛矿太阳能电池商业化的必经之路。
[0004]目前针对钙钛矿电池的封装技术主要有两种：第一种是采用有机的高分子材料封装，常见材料如EVA(乙烯醋酸乙烯酯)、紫外固化树脂、环氧树脂等，然而这些材料封装工艺需要的高温层压、紫外光等会对电池性能造成破坏，并且封装结构的水汽透过率也远高于使太阳能电池稳定运行20年的阈值；第二种方法是在电池表面沉积一层无机物的薄膜，最典型的例子为原子层沉积技术沉积氧化铝，这类技术过慢的速度以及高成本使其并不适合作为一种大规模的电池封装技术。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，以解决现有技术封装结构水汽透过率高、封装速度慢因而无法大规模产业化的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开的一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：掩膜版放置于玻璃盖板上并将二者共同放置于热板加热，熔融无机玻璃粉末通过碰撞铺平沉积于玻璃盖板表面，形成致密的框型无机密封预制条；
[0009]步骤2：采用无机玻璃粉末烧结体进行表面摩擦和刮平，控制框型无机密封预制条厚度达到设定厚度，形成框型密封优化条；
[0010]步骤3：将玻璃盖板与沉积了钙钛矿电池各膜层的导电玻璃电池基板堆叠放置于加热板上，并用夹具固定；
[0011]步骤4：利用激光器扫描加热框型密封优化条使其融化，在夹具作用下，框型密封优化条形成致密结构的密封条，玻璃盖板与电池基板连接，从而实现对内部电池部分的封
装。
[0012]进一步地，步骤1中：所述碰撞铺平沉积是指将无机玻璃粉末熔融，液态颗粒撞击于玻璃盖板上冷却凝固，多个颗粒碰撞凝固后形成致密的框型无机密封预制条。
[0013]进一步地，所述掩膜版是指覆盖在被沉积表面上，使熔融液态颗粒定向沉积在设定区域内的薄片。
[0014]优选地，玻璃盖板在可见光范围内透过率大于90％，其厚度为0.5mm～5mm。
[0015]优选地，无机玻璃粉末可以是单一成分的粉末，也可以是多种成分混合的粉末混合物，玻璃粉末熔点不高于450℃。
[0016]优选地，步骤1中，所述加热板的加热温度，按开尔文温度计算为0.6～0.8倍的无机玻璃粉末熔点温度，以减小沉积过程中粉末与玻璃盖板之间的热应力。
[0017]优选地，无机玻璃粉末的粒径为1μm～10μm，且粒径分布均匀，无粒径过大的个别粉末颗粒。
[0018]优选地，致密的框型无机密封预制条的厚度为10mm～100μm。
[0019]优选地，致密的框型无机密封预制条的宽度为0.5mm～2mm。
[0020]优选地，无机玻璃粉末烧结体是将无机玻璃粉末置于模具中加压成型，随后采用加热炉在熔点温度以下经粉末烧结工艺所得的块体。
[0021]优选地，步骤2中，所述摩擦刮平具体是利用无机粉末烧结体对致密的框型无机密封预制条进行摩擦和刮平，目的为对致密的框型无机密封预制条厚度凸起处磨削、烧结体的粉末对致密的框型无机密封预制条凹陷处进行填平，从而得到厚度均匀的框型密封优化条。
[0022]优选地，框型密封优化条各处的实际厚度波动不超过10％，更优选为不超过3％。
[0023]优选地，步骤3中，所述钙钛矿电池各膜层包括包括空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、导电电极。
[0024]优选地，导电玻璃电池基板为溅射了FTO涂层或ITO涂层的导电玻璃。
[0025]优选地，步骤3中，所述加热板温度为80℃～150℃，更优选为100℃～120℃，既减小了封装过程的热应力，又不破坏电池的性能。
[0026]优选地，内部封装电池的膜层外边缘与致密结构的密封条之间距离为1mm～10mm，更优选为1mm～5mm。
[0027]优选步地，玻璃盖板与电池基板堆叠时对顺序并无特殊要求，可以是玻璃盖板在上、电池基板在下，也可以是电池基板在上、玻璃盖板在下。
[0028]优选地，步骤中，所述的激光器为连续型激光器，功率为5～1000W，激光移动速率为1mm/s～200mm/s。
[0029]优选地，封装过程可在湿度较低的空气环境下进行，更优选地，可在氮气手套箱内进行。
[0030]优选地，激光功率和移动速度的匹配选取方法为：框型密封优化条融化后至外表面顶端凝固的时间，大于框型密封优化条熔体因表面张力发生拱形变形、与电池基板的表面形成致密接触的时间。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0032]本专利技术公开的钙钛矿太阳能电池无机玻璃粉末碰撞铺平沉积激光焊接封装法，将
粉末碰撞铺平沉积技术和激光焊接技术结合，从而实现了利用无机粉末作为封装材料对钙钛矿太阳能电池进行封装，全程未使用任何有机高分子材料。与目前应用最普遍的以热熔胶为材料的热压法封装相比，碰撞铺平沉积技术先将粉末熔化，然后喷出的液态颗粒碰撞在物体表面铺平形成致密结构，实现了将粉末变为致密的无机预制条，且由于无机材料的水汽隔绝性能远超有机材料，封装的长期稳定性得到显著提升；其次，激光焊接具有局部加热的特点，加工的热影响区极小，成功避免了封装工艺自身对电池的破坏；最后，本专利技术各环节采用的材料及操作工艺均已成熟，具备大规模工业化应用的现实基础。
附图说明
[0033]图1为沉积了框型密封优化条的玻璃盖板结构示意图；其中，(a)为俯视示意图；(b)为侧面截面示意图；
[0034]图2为沉积了钙钛矿电池膜层的导电玻璃电池基板结构示意图；其中，(a)为俯视示意图；(b)为侧面截面示意图；
[0035]图3为封装后电池整体封装结构的截面示意图；
[0036]图4为对比例1、对比例2、实施例1的电池效率与初始效率比值随时间变化的关系图。
[0037]其中：1为玻璃盖板；2为框型密封优化条；3为钙钛矿电池膜层；4为导电玻璃电池基板；5为致密结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：掩膜版放置于玻璃盖板(1)上并将二者共同放置于热板进行加热，熔融无机玻璃粉末通过碰撞铺平沉积于玻璃盖板(1)表面，形成致密的框型无机密封预制条；步骤2：采用无机玻璃粉末烧结体进行表面摩擦和刮平，控制框型无机密封预制条厚度达到设定厚度，形成框型密封优化条(2)；步骤3：将玻璃盖板(1)与沉积钙钛矿电池膜层(3)的导电玻璃电池基板(4)堆叠放置于加热板上，并用夹具固定；步骤4：利用激光器扫描加热框型密封优化条(2)使其融化，在夹具作用下，框型密封优化条(2)形成致密结构的密封条(5)，将玻璃盖板(1)与沉积钙钛矿电池膜层(3)的导电玻璃电池基板(4)连接，实现对内部电池部分的封装。2.根据权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，其特征在于，步骤1中，碰撞铺平沉积是指将无机玻璃粉末颗粒加热熔融后，液态颗粒撞击于玻璃盖板(1)上冷却凝固，多个颗粒碰撞凝固后定型形成致密的框型无机密封预制条；加热温度按开尔文温度计算为0.6～0.8倍的无机玻璃粉末熔点。3.根据权利要求2所述钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，其特征在于，无机玻璃粉末采用单一成分或混合成分，熔点≤450℃；无机玻璃粉末的粒径均匀分布在1μm～10μm。4.根据权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，其特征在于，致密的框型无机密封预制条的厚度为10μm～100μm，宽度为0.5mm～2mm。5.根据权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的碰撞铺平沉积无机玻璃粉末激光封装法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，于长泽，刘梅军，李广荣，李长久，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：