本发明属于光学材料技术领域，具体为一种具有钙钛矿基光谱下转换膜的光伏组件及其制备方法。
背景技术：
随着经济的快速增长，能源消耗越来越多，能源供应也十分紧张，光伏电池作为直接利用太阳能的产品，广泛受到人们的青睐。但现有的光伏电池总体来说对太阳光吸收效率较低，无法很好的地吸收太阳光谱中不同波长的光。
现有的常用的光伏电池有硅基光伏电池、碲化镉(cdte)和铜铟镓硒(cigs)薄膜电池以及钙钛矿光伏电池。硅基光伏电池在紫外和蓝光光谱范围的光转换效率较低，其只有在吸收了能量等于自身带隙的光子时才会产生有效的光生载流子，若吸收了能量小于自身带隙的光子则会透射丢失，而吸收能量大于自身带隙的入射光子则会在导带产生光生电子的热弛豫现象。碲化镉(cdte)和铜铟镓硒(cigs)薄膜电池均含有硫化镉(cds)材料，虽然其对紫外/蓝光范围的吸收效果较好，但其不能被光伏电池很好的利用，使得该类电池在短波范围内响应较差，电流输出能力有所限制。钙钛矿电池具有流子迁移率高、成本低并且制备工艺简单，虽然钙钛矿光伏电池在紫外和蓝光光谱范围的光电转换效率较高，但其紫外稳定性较差，因此不能被广泛的应用。
因此，现如今亟须一种制备工艺简单且可高效转换太阳光的光伏组件。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是现有的光伏电池对在紫外和蓝光光谱范围太阳光的转换效率偏低，电流输出能力有所限，且紫外稳定性较差。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏组件的制备方法，包括：
配置前驱体溶液；
将所述前驱体溶液沉积于指定的光伏材料层表面，以形成钙钛矿基光谱下转换膜；
对所有光伏材料层进行依次铺设；
对依次铺设的光伏材料层进行高温真空层压形成光伏组件。
优选地，所述光伏材料层从下到至上依次铺设的顺序为背板、第一密封薄膜、光伏电池单元、第二密封薄膜、玻璃盖板。
优选地，所述指定的光伏材料层为所述光伏电池单元、第二密封薄膜或玻璃盖板。
优选地，所述钙钛矿基光谱下转换膜形成在所述光伏电池单元上表面、所述第二密封薄膜上表面、所述第二密封薄膜下表面或所述玻璃盖板下表面。
优选地，所述钙钛矿基光谱下转换膜的厚度范围为0.1-50um。
优选地，配置前驱体溶液具体包括以下步骤：
将聚合物、有机溶剂和添加剂按比例混合得到第一溶液；
将无机卤化物盐、有机卤化物盐和有机溶剂按比例混合得到第二溶液；
将得到的所述第一溶液和第二溶液按比例混合得到前驱体溶液。
优选地，所述前驱体溶液沉积在所述指定光伏材料层表面的方法为旋涂法、流延法、刮涂法、浇铸法、浸渍提拉法或喷涂法沉积中的一种。
根据本发明还提供了一种光伏组件，包括背板；
设置于所述背板上的第一密封薄膜；
设置于所述第一密封薄膜上的光伏电池单元；
设置于所述光伏电池单元上的第二密封薄膜；
形成在所述第二密封薄膜上的钙钛矿基光谱下转换膜；以及
设置于所述钙钛矿基光谱下转换膜上的玻璃盖板。
根据本发明还提供了一种光伏组件，包括背板；
设置于所述背板上的第一密封薄膜；
设置于所述第一密封薄膜上的光伏电池单元；
形成在所述光伏电池单元上的钙钛矿基光谱下转换膜；
设置于所述钙钛矿基光谱下转换膜上的第二密封薄膜；以及
设置于所述第二密封薄膜上的玻璃盖板。
优选地，所述钙钛矿基光谱下转换膜的厚度范围为0.1-50um。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明实施例提供的光伏组件的制备方法，有效的将钙钛矿基光谱下转换膜兼容到传统光伏电池封装工艺中，使其作为光伏组件的光谱下转换器，实现将太阳光谱中的紫外光和蓝光波长转换为太阳能电池高响应波长范围内的波长，提高光伏组件对太阳光谱的转换率，增大光伏电池的电流输出能力。同时钙钛矿基光谱下转换膜对太阳光谱中的紫外光和蓝光的转换吸收，提高了光伏组件的紫外稳定性，有效的减弱了紫外光对封装材料的老化作用，有利于延长模组的使用寿命。钙钛矿基光谱下转换膜还具有较高的荧光量子效率、较高的可见光透明性以及优良的光热稳定性，适用于工业化大生产。本发明光伏组件的制备方法中通过将前驱溶液沉积于指定光伏材料层的方式引入钙钛矿基光谱下转换膜，避免了单纯引入一层介质界面起皱的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法的流程示意图；
图2分别示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光谱下转换膜的透光率/发光强度与波长的关系曲线图；
图3示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件的紫外光稳定性曲线图；
图4分别示出本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件应用到单晶硅光伏电池和现有同规格单晶硅光伏电池的外量子效率与波长之间的关系曲线图；
图5示出了应用本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件的碲化镉电池和现有同规格碲化镉电池的外量子效率与波长之间的关系曲线图；
图6示出了将本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件应用于单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池以及碲化镉电池中电池参数的变化表；
图7示出了本发明实施例二光伏组件结构示意图；
图8示出了本发明实施例三光伏组件结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
随着经济的快速增长，能源的逐渐消耗，光伏电池作为直接利用太阳能的产品，广泛受到人们的青睐。但现有的光伏电池总体来说对太阳光谱中紫外/蓝光吸收和利用效率较低，无法有效的地转换太阳光谱该波长的光。在太阳光谱中除了44％的可见光外，紫外光达到3％，比例虽然较小，但是能量巨大，如果能被光伏电池有效利用，则有利于提高电池光电转换效率。一般来说，太阳能电池的量子效率在紫外/蓝光区域相比于可见/近红外光区域低。而光谱下转换器则具有吸收无法被电池本身有效捕获的太阳能光子，并将其转化为更适合使用的波长的作用。因此，利用光谱下转换器可吸收光太阳光中的紫外/蓝光(300～400nm)并发射出光伏器件光电响应高的长波范围，来增加太阳能电池光谱响应的匹配度，提高光伏器件光电转换性能。而现有形成光谱下转换器的光谱材料存在制备工艺复杂，成本昂贵并且不易与现有光伏封装工艺兼容等缺点。
实施例1
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种光伏组件的制备方法。
图1示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法的流程示意图。
参照图1，本实施例光伏组件的制备方法包括如下步骤。
步骤s101，配置前驱体溶液。
步骤s102，将前驱体溶液沉积在指定的光伏材料层表面，形成钙钛矿基光谱下转换膜5。
具体地，通过旋涂法、流延法、刮涂法、浸渍涂提拉法或喷涂法中的任意一个，将配置好的前驱体溶液均匀涂覆在指定的光伏材料层表面。然后对涂覆于指定的光伏材料层上的前驱体溶液进行干燥处理，除去其中的有机溶剂，最终在指定的光伏材料层上形成钙钛矿基光谱下转换膜5。更进一步的，对指定的光伏材料层上的前驱体溶液进行干燥的具体方式为：将涂覆有前驱体溶液的指定的光伏材料层置于真空干燥箱中，调整真空干燥箱中的气压在0.01-0.1mpa之间，温度在30～70℃之间，根据具体情况干燥0.5-48小时。
需要说明的是，还可采用自然干燥法、热风干燥法、冷风干燥法、对流干燥法以及微波干燥法来对指定的光伏材料层上的前驱体溶液进行干燥。同时在将前驱体溶液涂覆于光伏材料层表面时，需控制前驱体溶液涂的涂覆厚度，以使得最终形成的钙钛矿基光谱下转换膜5的厚度在0.1um-50um之间。
步骤s103，对所有光伏材料层进行依次铺设，并对依次铺设的光伏材料层进行高温真空层压形成光伏组件。
具体地，形成光伏组件的光伏材料层包括背板1、密封薄膜、光伏电池单元3和玻璃盖板6。将光伏材料层从下到上按背板1、第一密封薄膜2、光伏电池单元3、第二密封薄膜4、玻璃盖板6的顺序依次进行铺设。其中，光伏电池单元3、第二密封薄膜4和玻璃盖板6均可作为指定的光伏材料层，在步骤102中选取其中的一个作为指定的光伏材料层。将各光伏材料层按顺序铺设对齐后进行高温真空层压，形成光伏组件。优选地，可通过太阳能电池真空加压层压机对依次铺设的光伏材料层进行压接。在压接时，太阳能电池真空加压层压机中的热板温度为140℃，真空时间为10-20min、加压时间为10-15min。
需要说明的是，步骤s103是在步骤s102之后进行的。因此，在对光伏材料层进行铺设时，光伏材料层中的光伏电池单元3、第二密封薄膜4和玻璃盖板6中的一个是带有钙钛矿基光谱下转换膜5的。具体地，钙钛矿基光谱下转换膜5可设置在光伏电池单元3上表面、第二密封薄膜4上表面、第二密封薄膜4下表面或玻璃盖板6下表面。即制备的光伏组件为带有钙钛矿基光谱下转换膜5的光伏组件。由于钙钛矿基光谱下转换膜5可设置在不同的位置，因此可制成不同结构的光伏组件。具体地，当钙钛矿基光谱下转换膜5设置在光伏电池单元3上表面或第二密封薄膜4下表面时，制成的光伏组件从下至上可依次为背板1、第一密封薄膜2、光伏电池单元3、钙钛矿基光谱下转换膜5、第二密封薄膜4、玻璃盖板6；当钙钛矿基光谱下转换膜5设置在第二密封薄膜4上表面或玻璃盖板6下表面时，制成的光伏组件从下至上可依次为背板1、第一密封薄膜2、光伏电池单元3、第二密封薄膜4、钙钛矿基光谱下转换膜5、玻璃盖板6。
还需要说明的是，利用本实施例光伏组件的制备方法制程的光伏组件可应用于多种光伏电池中，其中多应用于单晶硅电池、多晶硅电池以及碲化镉电池中。
为了更进一步的对本实施例光伏组件的制备方法进行说明，以下对前驱体溶液的配置过程进行详细说明。
前驱体溶液的配置具体包括如下步骤。
步骤s201，将聚合物、有机溶剂和添加剂按比例混合得到第一溶液。
具体地，将聚合物溶解于有机溶剂中，控制质量百分比浓度为：聚合物:有机溶剂＝1:(1～50)，先进行磁力搅拌1小时；后高速搅拌10分钟，转速为5000转每分钟；超声0.5小时，待聚合物完全溶解后，得到均匀粘稠的聚合物溶液。在上述制备的聚合物溶液中加入添加剂，控制质量百分比浓度为：聚合物溶液:添加剂＝1:(0～0.5)，磁力搅拌1h，混合均匀后，得到的溶液作为第一溶液。其中，聚合物可选取聚酰胺(pa)、聚丙烯腈(pan)、聚碳酸酯(pc)、聚己内酯(pcl)、聚酰亚胺(pi)、聚苯乙烯(ps)、聚氨基甲酸酯(pu)、聚偏氟乙烯(pvdf)中的任意一种；添加剂可选取聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙二醇(peg)中的任何一种；有机溶剂可选取n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、三甲基磷酸酯(tmp)、磷酸三乙酯(tep)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基乙酰胺(dmac)中的任意一种。
步骤s202，将无机卤化物盐、有机卤化物盐和有机溶剂按比例混合得到第二溶液。
具体地，将无机卤化物盐与有机铵卤盐粉末混合，控制摩尔比为：无机卤化物盐:有机铵卤盐＝1:(0.1～3)。混合完成后，将混合粉末添加到有机溶剂中，控制质量百分比浓度为：有机溶剂:混合粉末＝1:(0.01～0.1)，混合后将混合溶液进行磁力搅拌15分钟，超声处理15分钟，得到透明混合液。对透明混合液进行过滤，取过滤得到的滤液作为第二溶液。其中，无机卤化物盐为金属ge、sn、pb、sb、bi、cu、mn的卤化物盐中的任意一种；有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、三甲基磷酸酯(tmp)、磷酸三乙酯(tep)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基乙酰胺(dmac)中的任意一种；有机胺卤盐是通式为cnh2n+1nh3b的饱和烷基胺卤盐(n≥1，b为cl、br、i中的任何一种)、通式为cnh2n-1nh3b的不饱和烷基胺卤盐或芳香胺卤盐(n≥2，b为cl、br、i中的任何一种)、溴化甲脒(fabr)、碘化甲脒(fai)任意一种。
步骤s203，将得到的第一溶液和第二溶液按比例混合得到前驱体溶液。
具体地，将步骤s201中得到的第一溶液和步骤s202中得到的第二溶液混合，控制体积比为：第一溶液:第二溶液＝1:(0.02～1)，将混合后的溶液进行磁力搅拌1小时，即得到混合均匀的前驱体溶液。
为了更进一步的说明本实施例提供的光伏组件对转换效率的影响，以下通过具体实施数据对利用本实施例光伏组件的制备方法制成的光伏组件与同规格的光伏组件或光伏电池进行对比说明。为了便于理解，以下利用本实施例光伏组件的制备方法制成的光伏组件均简称为本发明光伏组件。
具体地，图2分别示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光谱下转换膜的透光率/发光强度与波长的关系曲线图；其中，曲线ⅰ表示光谱下转换膜的透光率与波长关系曲线，曲线ⅱ表示光谱下转换膜的光致发光(激发波长365nm)曲线。参照图2可知光谱下转换膜有效吸收300～400nm的紫外光，即紫外光透过率较低，被薄膜吸收；此外，光谱下转换薄膜在500-1100nm的可见光范围有高的透过率，对光伏电池本身在该波长范围内对光的吸收基本无影响，不影响电池对该波长范围的光波利用；发光谱峰值波长在530nm，发光谱宽度窄(半高全宽20nm)，光谱下转换膜的发光曲线说明薄膜具有高的发光纯度。
本发明光伏组件相较于现有同规格光伏组件对太阳光中的紫外/蓝光具有较好的吸收和高的发光纯度。
图3示出了本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件的紫外光稳定性。参照图3可知，实验测试本发明光伏组件在365nm紫外照射下60天，材料的发光效率后期几乎不变(>90％)，表示本发明光伏组件的制备方法制成的光伏组件的具有较高的紫外稳定性。
图4分别示出本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件应用到单晶硅电池和现有同规格单晶硅电池的外量子效率与波长之间的关系曲线图。其中，曲线ⅲ表示本发明光伏组件的单晶硅电池的外量子效率与波长之间的关系曲线，曲线ⅳ表示现有同规格单晶硅电池的外量子效率与波长之间的关系曲线。参照图4可知，利用本发明光伏组件的单晶硅电池对于波长较短的光具有比现有同规格单晶硅光伏电池较高的外量子效率。
图5示出了应用本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件的碲化镉电池和现有同规格碲化镉电池的外量子效率与波长之间的关系曲线图。曲线ⅴ表示应用本发明光伏组件的碲化镉电池的外量子效率与波长之间的关系曲线，曲线ⅵ表示现有同规格碲化镉电池的外量子效率与波长之间的关系曲线。参照图5可知，利用本发明光伏组件的碲化镉电池对于波长较短的光具有比现有同规格碲化镉电池较高的外量子效率。
图6示出了将本发明实施例一光伏组件的制备方法制成的光伏组件应用于单晶硅电池、多晶硅电池以及碲化镉电池中电池参数变化表。参照图6可知，利用本实施例制成的光伏组件应用到的电池的转换效率比现有同规格电池的高，其中效率提高的主要贡献源于输出电流的改善，符合光谱下转换器的物理作用原理。
因此，基于上述原因，可看出本发明实时例光伏组件的制备方式制成的光伏组件相较于现有同规格的光伏组件或电池对太阳光具有较高的转换效率和电流输出能力，以及较好的紫外稳定性，适用于工业化生产。
应用本发明实施例提供的光伏组件的制备方法，制备工艺简、成本低廉，有效的将钙钛矿基光谱下转换膜兼容到传统光伏电池封装工艺中，使其作为光伏组件的光谱下转换器，实现将太阳光谱中的紫外光和蓝光波长转换为太阳能电池高响应波长范围内的波长，提高光伏组件对太阳光谱的转换率，增大光伏电池的电流输出能力。同时钙钛矿基光谱下转换膜对太阳光谱中的紫外光和蓝光的转换吸收，提高了光伏组件的紫外稳定性，有效的减弱了紫外光对封装材料的老化作用，有利于延长模组的使用寿命。钙钛矿基光谱下转换膜还具有较高的荧光量子效率、较高的可见光透明性以及优良的光热稳定性，适用于工业化大生产。本发明光伏组件的制备方法中通过将前驱溶液沉积于指定光伏材料层的方式引入钙钛矿基光谱下转换膜，避免了单纯引入一层介质界面起皱的问题。
实施例二
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种光伏组件。
图7示出了本发明实施例二光伏组件结构示意图。
参照图7，本实施例光伏组件包括从上到下依次设置的背板1、第一密封薄膜2、光伏电池单元3、第二密封薄膜4、钙钛矿基光谱下转换膜5以及玻璃盖板6。
具体地，背板1可选取tedlar背板(聚氟乙烯pvf)、含氟背板、pet背板中的任意一种；第一密封薄膜2和第二密封薄膜4可选取乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、乙烯-辛烯共聚物(poe)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚氨酯(pu)薄膜中的任意一种；电池单元可选取硅基光伏电池(单晶硅、多晶硅和非晶硅光伏电池)、碲化镉(cdte)、砷化镓(gaas)和钙钛矿光伏电池(psc)的任意一种。
应用本发明实施例提供的光伏组件，其将钙钛矿基光谱下转换膜5应用到光伏组件中，使得光伏组件的透光率大于90％，保持了光伏电池对可见光的利用率；同时使得光伏组件的折射率在1.56左右，匹配盖板玻璃和密封薄膜，可以调控空气界面到电池受光表面折射率的梯度变化，耦合更多光波被光伏电池利用。钙钛矿基光谱下转换膜5在紫外/蓝光范围有较高的吸收系数和发光量子效率，可以充分吸收高能光子，高效发射可见光(匹配光伏电池高响应波长范围)为“光伏电池降温”，更加有效利用太阳光谱，提高输出效率。同时钙钛矿基光谱下转换膜5对紫外光的吸收，还可有效的减弱了紫外光对封装材料的老化作用，有利于延长模组的使用寿命；钙钛矿基光谱下转换膜5对高能光子的吸收，有效的减弱了光伏电池中的热载流子效应，提高光伏组件工作的稳定性和电池的输出性能，使得太阳能电池的电流增加了4％～10％，光电转换效率绝对提高1％左右。
实施例三
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种光伏组件。
图8示出了本发明实施例三光伏组件结构示意图。
参照图8，本实施例光伏组件包括从上到下依次设置的背板1、第一密封薄膜2、光伏电池单元3、钙钛矿基光谱下转换膜5、第二密封薄膜4以及玻璃盖板6。
上述各光伏材料层的具体细化与实时例二光伏组件中光伏材料层相同，在此不在对其进行赘述。同时应用本实施例光伏组件的有益效果与实时例二光伏组件的有益效果也相同，在此也不再对其进行赘述。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。