一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法及封装方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池的封装，具体涉及一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法及封装方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池是一种新型电池，具有高效率、低成本、易制备等特点且钙钛矿太阳能电池采用钙钛矿材料作为光电转换层，与传统硅基太阳电池相比，其能够更高效地吸收太阳能，有效提高光电转化效率。

2、钙钛矿太阳电池在工作环境中易受高温、高湿、氧气和外力冲击等极端条件的影响，导致器件损坏、性能下降甚至失效，而钙钛矿太阳电池封装技术在保护器件稳定性和提高光电转换效率方面起着关键作用。目前常使用eva、poe胶膜作为封装材料，此类材料虽然可以有效隔绝水、氧对于钙钛矿太阳电池的侵蚀，但是对于增加电池对光的吸收量没有帮助，本专利制作的封装材料可以大大提高电池对光的吸收利用率，进而提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法及封装方法。本发明在钙钛矿太阳能电池的封装过程中利用封装胶膜的陷光结构和荧光材料的光转换效果，提高光的吸收利用率，通过膜层厚度和折射率的调制，根据干涉原理，从而实现增透减反效果。由此种方法封装的电池具有光电转换效率高，操作方法简单等优点，适用于多种钙钛矿太阳能电池的封装。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

2、本发明一方面提供一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液中加入荧光材料(lumogen f(basf)violet 570dye(v570))，磁力搅拌过夜，使其混合均匀；

3、(2)按照电池所需尺寸选取具有陷光结构的硅晶片作为模板；

4、(3)将步骤(1)得到的混合溶液均匀的涂抹在硅晶片模板上，固化，取下模板，得到所述的封装材料。

5、上述技术方案中，进一步地，所述聚二甲基硅氧烷与荧光材料的重量比为10：(0.5-5)，优选为10：1。

6、上述技术方案中，进一步地，所述荧光材料包括木质素、lumogen f violet570、苯并双噻唑基化合物、苯并双咪唑基化合物中的任意一种。加入荧光材料的封装材料在吸收紫外波长的光线的同时可以不影响整体透光率，有效提高光的吸收利用率。

7、上述技术方案中，进一步地，所述固化温度为100-120℃，固化时间为15-30min，以减少气泡产生。

8、上述技术方案中，进一步地，所述封装材料包括倒金字塔陷光结构、纳米柱陷光结构或纳米微球陷光结构，优选为倒金字型陷光结构。

9、上述技术方案中，进一步地，所述封装材料的厚度为0.5mm。

10、本发明另一方面提供一种利用上述制备方法制得的封装材料封装钙钛矿太阳能电池的方法，将封装材料与钙钛矿太阳能电池的入光面的tco贴合在一起，通过层压机，将其压合在一起，层压温度为150℃，层压时间为5min；电池背部由热塑聚烯烃类胶膜压合而成。

11、上述技术方案中，进一步地，所述热塑聚烯烃类胶膜的厚度为50-250μm，折射率1.5-2.5，透过率≥85％。

12、增透原理，折射率计算：使相对相移在光束反射在薄膜上、下边界180度之间偏移。破坏性干扰发生在两反射光束之间，在它们退出表面之前才同时取消。镀膜的光学厚度必须是四分之一波长的奇数(1/4，其中l是设计波长或峰值性能的优化波长)，以实现反射光束之间一个半波长所需的路径差异，从而导致其取消。对于确定两光束完全取消所需薄膜的折射指数方程式是：

13、

14、式中：nf是薄膜的折射指数，n0是空气(或入射材料)的折射指数，ns基片的折射指数。

15、陷光结构，正常情况下太阳能电池吸光情况如图2所示；使用陷光结构对电池进行封装后太阳能电池的吸光情况如图3所示。

16、较现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、(1)本发明封装材料的制备方法具有重复性好、制备过程简单、所需材料简单、能够增加电池对光的吸收效率等优点，减少了工艺步骤，避免了对此工艺对器件的损伤。

18、(2)本发明在钙钛矿太阳能电池的封装过程中利用封装材料的陷光结构和荧光材料的光转换效果，提高光的吸收利用率，在满足封装要求的同时增强封装材料对光的减反效果，进一步提高钙钛矿太阳能电池的使用寿命，增加钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

19、(3)本发明发明在解决低温封装的同时，利用封装材料的陷光结构，在满足封装要求的同时增加了光转换效果，解决了钙钛矿的低温封装难题，提高了电池的稳定性，提高了电池的效率，简化工艺流程，降低了生产成本。

20、(4)本发明制得的封装材料具有陷光结构，陷光结构不仅具有稳定性和可控性，还可以有效减少光在电池表面的反射，提高内部光吸收使太阳光最大限度被利用转化为电能，有效增加电池表面积增加光的吸收利用效率，而且封装过程中调整热塑聚烯烃类胶膜的厚度，通过膜层厚度和折射率的调制根据干涉原理从而进一步实现增透减反效果。

21、(5)本发明在封装材料中加入荧光材料可以将紫外光转化为低能量的可见光，不仅可以提高钙钛矿电池的稳定性，同时还具有紫外光区域的额外优势有效提高光电转换效率。

技术特征：

1.一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷与荧光材料的重量比为10：(0.5-5)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述荧光材料包括木质素、lumogen fviolet 570、苯并双噻唑基化合物、苯并双咪唑基化合物中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化温度为100-120℃，固化时间为15-30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述封装材料包括倒金字塔陷光结构、纳米柱陷光结构或纳米微球陷光结构。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述封装材料的厚度为0.5mm。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述制备方法制得的封装材料封装钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，将封装材料与钙钛矿太阳能电池的入光面的tco贴合在一起，通过层压机，将其压合在一起，层压温度为150℃，层压时间为5min；电池背部由热塑聚烯烃类胶膜压合而成。

8.根据权利要求7所述的封装材料封装钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述热塑聚烯烃类胶膜的厚度为50-250μm，折射率1.5-2.5，透过率≥85％。

技术总结
本发明属于钙钛矿太阳能电池的封装技术领域，具体涉及一种具有光转换和减反效果的钙钛矿太阳能电池封装材料的制备方法及封装方法。封装材料的制备方法包括以下步骤：(1)在聚二甲基硅氧烷溶液中加入荧光材料，磁力搅拌过夜；(2)按照电池所需尺寸选取具有陷光结构的硅晶片作为模板；(3)将步骤(1)得到的混合溶液均匀的涂抹在硅晶片模板上，固化，取下模板，得到所述的封装材料。本发明在钙钛矿太阳能电池的封装过程中利用封装胶膜的陷光结构和荧光材料的光转换效果，提高光的吸收利用率，封装的电池具有光电转换效率高，操作方法简单等优点，适用于多种钙钛矿太阳能电池的封装。

技术研发人员：刘吉双,李施涵,李智鹏,焦玉骁,郑德旭,姜箫,曾斌,杜敏永,周家驹,曹越先,杨琦,段连杰,刘生忠
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15