防止湿气、氧对钙钛矿吸收层侵蚀及延长电池寿命的方法与流程

文档序号:12485677阅读:来源:国知局

技术特征:

1.可以优先考虑在背盖板内侧涂覆膜层,如直接涂布上述水和氧气的吸收材料;根据吸附水和氧的不同,在密封底板内的不同区域选择特定的材料;活性金属能与氧和水反应,但金属亚氧化物更容易与氧气发生反应;涂层的厚度取决于效益、费用、使用寿命、涂布工艺、腔体内密封垫片的厚度、以及能否使用在其他位置,涂层的厚度在0.5至1000微米之间,优选为700微米;可能的材料包括低价态金属氧化物,其可在室温下进一步氧化,如氧化亚铜(Cu2O),氧化锰(MnO),低价态钒氧化物如V2O3或VO2,铁氧化物Fe3O4(如Sigma-Aldrich提供的637106系列为50-100纳米的颗粒);优选具有最大比表面积以及最小体重比的纳米尺寸颗粒,确保能够充分吸附水和氧,同时综合考虑成本;SAES吸气剂采用在硅中添加氧化钙作为干燥粘结剂(但这需要在200℃左右固化);另外SAES吸气剂还采用纳米沸石作为它100nm窄尺寸分布的ZeoTec,如LTA Na(4A);粉末金属能与水和氧气反应而继续使用,如在聚合物树脂锂或钙,这些材料的尺寸多为纳米级的;在不影响附着力的情况下,颗粒与聚合物粘结剂的体积之比应尽可能的高,对于较厚的涂层应尽量接近于50%,从而使氧和水能够通过聚合物粘结剂并吸附在吸收剂上;涂层可以通过浸涂、喷涂、电泳、喷墨、气溶胶、刮刀、丝网印刷、沉降槽等工艺制作。

2.选用合适的粘合剂(包括环氧树脂),把腔体中的金属带固定在后盖板上;这些包括除水剂和SAES吸气剂,并涂上一层上述类型的金属氧化物的吸氧剂,优选为纳米颗粒;这些吸附剂易于在室温有氧环境下转化为更高价态的氧化物,如树脂氧化亚铜或锂金属;另外,多种细金属带可以添加进来,有些是氧气吸收剂,有些是吸水剂;SAES吸气剂是非蒸发型吸气剂,这意味着他们不依靠蒸发形成水薄膜吸附在设备内壁(如在真空阀门和阴极射线管上的传统钡剂等);然而,即使是非蒸发型吸气剂也需要与反应金属加热到300~600℃共存相当长时间才能激活;这对于太阳能电池是相当有难度的,因此,其他方法可能更有优势;对于OLED来说,SAES吸气剂也有干的、柔性的产品,把氧化钙添加到厚度为50-80微米的聚合物涂层金属带上,这些也可以考虑装在太阳能电池的后盖板上。

3.把上述的氧和水的吸收材料涂覆到密封的玻璃前基板上;然而,在1000 ppm浓度下,一些吸气剂的作用就不能很好的发挥,如果吸气剂的量不足,就会导致输入的污染气体大于所能吸收的气体这种问题;上述吸气剂包括分子筛、金属氧化物、碱金属氧化物,硫酸盐、金属卤化物和高氯酸盐;专利中提出更多种类的吸气剂,有助于解决上述问题;同理考虑干燥剂和专用的氧吸气剂,对基于密封粘合剂的热塑性带,如PVS 101聚异丁烯(PIB)带的宽度在9到10毫米之间,厚度在0.20到0.55毫米之间;在足够的压力下,PIB带边缘局部加热到140-160℃会产生一定的变形;一般来说,较厚的密封层越厚,容许渗透的水分更多;同样可以使用混合水和氧吸收材料的液体粘合剂,重量约为30%至80%;例如,Epoxies.com的10-3008型环氧树脂是柔性胶粘剂,更容易抵抗户外太阳能面板安装使用过程中玻璃基板预期的热膨胀作用;此外,它能在82℃下放置一个小时,这足以满足钙钛矿电池的制备要求;该胶粘剂的填料有一定的空隙,用于厚度控制和膜层任意方向设置;专利重点指出,柔性密封胶对水蒸气的渗透性越大,含有足量纳米颗粒的吸附剂的效果就越明显。

4.覆盖有上述氧和水的吸收材料的背电极;重要的是不能破坏可能包括聚合物或树脂银粒子的现有电极涂层,因此,需要选择一个不容易溶解银颗粒的树脂或聚合物树脂的吸收剂;同样,在真空或溅射金属背电极上需涂覆一层吸收层;然而,一些被提及的干燥剂和氧吸收材料可能与一些太阳能电池背电极金属的反应(如银、铝);出于以上原因,优选实施方案是在后盖板内侧涂覆一层材料。

5.在设备腔中,采用机械或胶粘的方法把上述氧和水的吸收材料涂在狭窄的的金属带内,以其为直角的背板平面和基板平面;因此,分子筛把纳米氧化亚铜碾碎成粉末加入到充氮气的手套箱中;把这种复合材料涂覆在会渗透氧和水的纳米银背电极上;值得注意的是,在一个大基板和盖板区域涂覆高比表面积的吸附材料,能够确保吸收足够量的氧气和水。

6.加入氧化亚铜(Cu2O)纳米颗粒,以及吸附水的纳米颗粒,如多孔二氧化钛(TiO2)或氧化铝(Al2O3),在玻璃上覆盖透明导电的氟氧化锡(FTO)电极;这里需要填补一些多孔TiO2吸收材料。

7.这些钙钛矿电池是通过溶液结晶法生产的;这些液体需要尽可能的脱氧,如通氮气鼓泡或抽真空;这些脱气的液体应该在氮气手套箱中处理;使用5X分子筛,加热活化,并在钙钛矿中旋涂溶剂丁内酯和二甲基亚砜以确保吸收水;添加分子筛可以在一夜之间把水和沉淀物过滤分离出来;权利要求九:铜铟镓硒薄膜太阳能电池是用树脂填充腔体的;这进一步抑制水蒸气在太阳能板两侧密封处的扩散;然而,一些树脂材料可能对太阳能电池薄膜产生有害影响;在其他薄膜太阳能电池的情况下,乙烯树脂填满盖板和基板玻璃片之间的空间,提供的树脂片的封边厚度(在0.4-0.5毫米之间)稍薄于PIB的厚度(0.55毫米);可以选择Trosifol或Tectrosol树脂;杜邦公司供应的EVA板树脂已被用于硅太阳能电池上面;同时还供应聚丁酸(PVB),例如其PV5200;没有填充树脂的密封装置能够抵御更多的水和氧气,因此纳米颗粒的使用能够捕获水和氧,从而使用纳米颗粒来捕捉水和氧;交替使用大部分覆盖防渗无机涂层的聚合物阻隔薄膜;这些都被优先用于柔性水敏的OLEDs中,可以从 Vitex 和 Nagasse等公司购买得到;可参考A Ra Cho14的学术研究;粘结密封装置能够提供更大的腔体体积以填充更多的吸气剂而不增加其厚度;如图3所示,在玻璃盖密封太阳能电池基板之前,使用熔体玻璃粉密封玻璃罩外围;这种密封不会渗入水和氧气;增加横截面积和厚度可克服有机粘合剂密封渗透的问题;然而,厚度的增加使得腔体体积也增大,可以通过增加吸气剂达到吸气能力;可从多个供应商处取得合适的玻璃熔块粉,包括Asahi Glass;其产品包括无铅玻璃粉,如Bi2O3 ZnO(其类型有9079-15和ASF2511C),它需要在470℃左右烧10分钟以达到密封效果;另一个是SnO- P2O5(类型为FF-67),需要在480℃下烧10分钟);使用这种玻璃框大大的增加了吸收材料的填充体积,能维持密封装置干燥和无氧状态下很多年;框架的厚度在2到3毫米之间,宽度在5到15毫米之间,所以粘接剂和玻璃料密封装置也需要相似的尺寸;因此,3毫米左右厚的多层吸水材料可以留下更大的空间,尽管基于吸收颗粒种类和大小的选择,0.7-1.3毫米可能已足够适用;平板显示器、早期的液晶屏、真空荧光灯和气体放电显示器的有机粘结剂中都含有低温硼铅玻璃珠;在荧玻璃板、阴极射线管灯泡的密封装置里必须含有玻璃粉;玻璃框不仅是单一的片框,也可是四条形或杆状的玻璃;进一步选择圆形、方形或矩形钠钙的玻璃管以取代条形钠钙玻璃,这些都是可以在几个供应商(包括Good fellow)那拿到的。

8.替代版本是使用成型玻璃、冲压或成型金属的背盖板,其外围有一个合适的凸起框架;需考虑金属和柔性胶粘剂的热膨胀系数差异;随着深腔中吸气剂和干燥剂使用量的增加,相对于刚性部位,密封剂需要克服更多从大气中渗透的气体和水;一起使用上述一个或多个权利要求能够使吸收剂多年发挥最大成效;在不同位置采用水和氧吸收剂的薄膜太阳能电池具有超长的寿命,如铜铟镓硒和铜锌锡硫电池。

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