一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法

本发明涉及一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，属于光伏。

背景技术：

1、目前，单结钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已达到26%。然而，有机-无机杂化钙钛矿材料由于其离子性质，在暴露于光、热、潮湿和氧气氛围等外部老化因素时，存在离子迁移、相分离、有机组分降解等失效机制。因此封装对于保护钙钛矿太阳能电池免受老化源引起的性能下降，进而延长使用寿命非常关键。

2、钙钛矿太阳能电池的封装有多种策略，真空层压封装目前被认为是钙钛矿太阳能电池最有效的封装技术，已被证明可以通过严格的加速老化测试，包括iec 61215:2016太阳能电池标准中所规定的湿热测试和热循环测试。虽然真空层压封装为钙钛矿太阳能电池提供了坚实的保护，但在此过程中，电池的光电转化效率通常会出现不可忽略的下降，其中效率损失的原因主要来自于真空层压过程的高温高压条件以及额外引入的封装结构带来的光学损失。此外，现有的双玻封装工艺层压加工时间较长，会使得对热敏感的钙钛矿太阳能电池器件发生一定程度的降解，遭受严重的光电转化效率损失；而缩短加工时间则会导致光学透过不佳，也会造成器件性能下降，同时封装效果变差，稳定性无法得到满足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法。以聚烯烃弹性体（poe）配合丁基橡胶的边封的单玻封装结构，并用高热导率材料背板替换双玻封装结构中的非光入射面玻璃盖板，可实现在较低温度下的快速真空层压封装；该方法可以保证器件能够同时承受长期的加速老化而且在真空层压封装过程中没有效率损失。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，方法步骤包括：

4、以聚烯烃弹性体（poe）作为封装填料，在钙钛矿太阳能电池的周向及上下两侧放置poe，以丁基橡胶作为边封胶，玻璃作为光入射面盖板，高导热材料作为背面盖板，堆栈组装完成后进行真空层压封装；

5、其中，所述高导热材料为热导率大于等于100w/(m·k)、水蒸气透过率小于等于0.7g/(m2·24h)的金属或聚合物复合材料；

6、真空层压封装在100~140℃下进行，首先抽真空1~5min，然后在10~30kpa的压力下进行第一次热压1~6min；然后在30~50kpa的压力下进行第二次热压1~6min，最后在50~80kpa的压力下进行第三次热压2~7min；第一次热压压力值＜第二次热压压力值＜第三次热压压力值；热压结束后，冷却，得到封装后的钙钛矿太阳能电池。

7、优选的，所述高导热材料的杨氏模量大于等于60mpa，所述聚合物复合材料的玻璃化转变温度大于等于200℃。

8、优选的，所述高导热材料为铝或氮化硼改性的pvdf/pet/pvdf压合板。

9、优选的，真空层压封装时温度为100~120℃。

10、优选的，冷却时，自然冷却或风冷。

11、优选的，所述玻璃为钠钙材质的超白钢化玻璃。

12、一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池封装结构，以丁基橡胶作为边封结构，堆栈顺序为：高导热材料背板/背面poe填料层/钙钛矿太阳能电池/入光面poe填料层/玻璃盖板。

13、优选的，所述高导热材料背板的厚度为0.5~2mm。

14、优选的，所述背面poe填料层、入光面poe填料层的厚度分别为0.1~2mm。更优选的，所述背面poe填料层、入光面poe填料层的厚度分别为0.5~0.8mm。

15、优选的，所述钙钛矿太阳能电池的厚度为0.5~1.2mm。

16、优选的，玻璃盖板的厚度为0.5~3.0mm。

17、有益效果

18、本发明提供一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，所述封装方法为以丁基橡胶作为边缘封装材料，按照高导热材料/poe/钙钛矿太阳能电池/poe/玻璃的堆栈顺序热压完成的单玻封装结构，适用于多种结构和体系钙钛矿太阳能电池。测试结果表明，单玻封装后的钙钛矿电池的效率损失小于1%，效率损失的绝对值相较于目前流行的双玻封装结构减少了2.2%。 在长期的加热老化测试中，单玻封装器件在250个热循环（-40~85℃）周期中保有95.45%的初始效率，在1000h 湿热测试（85℃，85rh%）中保有87.98%的初始效率。

19、本发明以高导热材料作为背板的单玻封装可实现在较低温度下的快速热压封装，在成本和功率密度上都比双玻封装更有优势。这对有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在商业化封装的进程中起到了关键的助推作用，有望提升钙钛矿电池在能源市场中的占有率。

技术特征：

1.一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：方法步骤包括：

2.如权利要求1所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：所述高导热材料的杨氏模量大于等于60mpa，所述聚合物复合材料的玻璃化转变温度大于等于200℃。

3.如权利要求2所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：所述高导热材料为铝或氮化硼改性的pvdf/pet/pvdf压合板。

4.如权利要求1~3任意一项所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：真空层压封装时温度为100~120℃。

5.如权利要求1~3任意一项所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：冷却时，自然冷却或风冷。

6.如权利要求1~3任意一项所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，其特征在于：所述玻璃为钠钙材质的超白钢化玻璃。

7.一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于：采用权利要求1~6任意一项所述方法封装得到，以丁基橡胶作为边封结构，堆栈顺序为：高导热材料背板/背面poe填料层/钙钛矿太阳能电池/入光面poe填料层/玻璃盖板。

8.如权利要求7所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于：所述高导热材料背板的厚度为0.5~2mm。

9.如权利要求7或8所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于：所述背面poe填料层、入光面poe填料层的厚度分别为0.1~2mm；

10.如权利要求9所述的一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池封装结构，其特征在于：所述背面poe填料层、入光面poe填料层的厚度分别为0.5~0.8mm。

技术总结
本发明涉及一种同时提升光热管理的钙钛矿太阳能电池的封装方法，属于光伏技术领域。所述方法以POE作为封装填料，在钙钛矿太阳能电池的周向及上下两侧放置POE，以丁基橡胶作为边封胶，玻璃作为光入射面盖板，高导热材料作为背面盖板，堆栈组装完成后进行真空层压封装；该方法可实现在较低温度下的快速真空层压封装；保证器件能够同时承受长期的加速老化而且在真空层压封装过程中没有效率损失。

技术研发人员：陈棋,李煜璟,唐嘉鸿
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6