一种钙钛矿太阳能电池组件的封装结构及其应用的制作方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池组件的封装结构及其应用。

背景技术：

1、随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严峻，可再生能源因其可再生性和环境友好等优点受到人类广泛关注。太阳能作为一种纯净的可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优势，光伏发电技术自产生以来，迅速成为有效利用太阳能的技术手段之一。钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池，从2009年发展至今短短十几年时间实验室小面积器件的效率已达到25.5％，与占据着90％市场的晶体硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池的成本相对更加低廉，同时效率和晶体硅电池认证的记录水平相当。然而，钙钛矿太阳能电池的长期稳定性是其面临商业化的一个技术瓶颈。

2、目前影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素主要有金属电极及电池组件中的器件在和空气接触的过程中，会因空气中的水分和氧气而发生分解。通常在对钙钛矿太阳能电池组件进行封装时，是将钙钛矿电池组件设置在上下两块基板之间，基板中间和电池四周设有用于封装的填充材料，此外基板四边还设有密封材料进一步封装。填充材料通常采用抽真空加热固化封装工艺，但加热的过程中，由于温度较高可能导致钙钛矿层分解。接触部分造成的间隙可能诱导水氧进入，即现有技术封装后水氧仍可能从边缘进入封装电池内部，造成对钙钛矿材料的破坏，引起钙钛矿分解，最终影响封装后钙钛矿太阳能电池的使用寿命。

3、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钙钛矿太阳能电池组件的封装结构及其应用，主要以第一无机层或循环多次堆叠在第一无机层上的有机层和第二无机层形成封装组件，通过该封装组件不仅能够同时包裹钙钛矿太阳能组件的顶壁和侧壁，从而使得钙钛矿太阳能电池组件的水平方向和垂直方向均得到多重密封，有效地保护钙钛矿太阳能电池组件，减少湿气和氧气对电池的损伤，提高电池的稳定性和使用寿命。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

3、一方面，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池组件的封装结构，包括：

4、基板；

5、透明导电层，所述透明导电层设于基板的上部；

6、钙钛矿太阳能组件，所述钙钛矿太阳能组件设于透明导电层的上部；

7、封装组件，所述封装组件设于透明导电层的上部，且所述封装组件呈壳体结构，所述钙钛矿太阳能组件设置于封装组件壳体结构的容纳腔室内，且所述钙钛矿太阳能组件的外壁与封装组件的内壁接触；所述封装组件包括第一无机层，且所述第一无机层与透明导电层的上表面接触；或所述封装组件包括循环多次堆叠在所述第一无机层上的有机层和第二无机层，且所述第一无机层和第二无机层均与透明导电层的上表面接触；

8、封装盖板，所述封装盖板为底部开口的盒体结构，所述封装组件嵌套设置于封装盖板盒体结构的空腔中，且所述封装盖板盒体结构的底部开口与透明导电层连接。

9、优选的，所述封装盖板为透明玻璃材料制成。

10、进一步地，所述第一无机层、第二无机层均由氧化物薄膜或者氮化物薄膜组成；即第一无机层、第二无机层是一种使用无机材料制成的用于隔绝水氧等杂质的封装薄膜。例如，氧化物薄膜可以是al2o3、sio2、hfo2、zro2、zno、ta2o5、ceo2、la2o3、coox、moo3、srtio、tio2、sno2、nb2o5，y2o3、mgo、batio3、in2o3、nio、v2o5、wo3中的任意一种；氮化物薄膜可以是氮化硅或者氮化铝中的任意一种。所述有机层由丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂或环氧树脂制成，即有机层是一种使用有机材料制成的用于隔绝水氧等杂质的封装薄膜。

11、进一步地，所述第一无机层、第二无机层的厚度均为5nm～10μm；所述有机层的厚度为10nm～100μm。

12、需要说明的是，所述第一无机层、第二无机层的厚度可以根据实际的封装需求进行适应性制备，可选厚度为5nm、20nm、40nm、80nm、100nm、300nm、500nm、700nm、900nm、1000nm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm等等，不再一一列举；所述有机层的厚度也可以根据实际的封装需求进行适应性制备10nm、50nm、100nm、300nm、600nm、800nm、1000nm、2μm、10μm、30μm、50μm、60μm、80μm或100μm等等，不再一一列举。

13、进一步地，所述第一无机层包括水平设置的第一无机层顶部、竖直设置并与所述第一无机层顶部四周相接的第一无机层侧部、以及与每个所述第一无机层侧部底端连接并沿水平向外伸出设置的第一无机层底部；

14、其中，所述第一无机层顶部的下表面与钙钛矿太阳能组件的上表面紧贴，四个所述第一无机层侧部的内壁分别与钙钛矿太阳能组件的前后左右外壁紧贴，四个所述第一无机层底部的下表面紧贴设置在透明导电层的上表面上。

15、进一步地，所述有机层包括水平设置的有机层顶部、竖直设置并与所述有机层顶部四周相接的有机层侧部、以及与每个所述有机层侧部底端连接并沿水平向外伸出设置的有机层底部；

16、其中，所述有机层顶部的下表面与第一无机层顶部的上表面紧贴，四个所述有机层侧部的内壁分别与第一无机层侧部的前后左右外壁紧贴，四个所述有机层底部的下表面紧贴设置在第一无机层底部的上表面上，且所述有机层底部向外伸出的长度小于第一无机层底部向外伸出的长度。

17、进一步地，所述第二无机层包括水平设置的第二无机层顶部、竖直设置并与所述第二无机层顶部四周相接的第二无机层侧部、以及与每个所述第二无机层侧部底端连接并沿水平向外伸出设置的第二无机层底部；

18、其中，第二无机层顶部的下表面与有机层顶部的上表面紧贴，四个所述第二无机层侧部的内壁分别与有机层侧部的前后左右外壁紧贴，四个所述第二无机层底部分别对应包裹第一无机层底部和有机层底部并紧贴设置在透明导电层的上表面上。

19、进一步地，所述第一无机层、第二无机层均通过化学气相淀积、等离子增强的化学气相沉积、溅射或升华任一种或其组合方式制得；所述有机层是由油墨组合物经过喷墨打印、喷涂、辊涂、刮涂或旋涂的方式涂覆于基体上，然后经过加热或紫外曝光的固化方式形成的聚合薄膜。

20、进一步地，所述钙钛矿太阳能组件包括依次堆叠相连的电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；

21、其中，所述电子传输层与透明导电层相连，或者所述空穴传输层与透明导电层相连。

22、进一步地，所述透明导电层的表面上、且位于封装盖板的相对两侧分别设置有第一导电部和第二导电部，所述第一导电部和第二导电部均与封装盖板之间留有间隙；

23、所述透明导电层还包括呈l型的金属电极结构，所述金属电极结构由水平设置的第一金属电极和竖直设置并与所述第一金属电极端部相连的第二金属电极组成；

24、其中，所述透明导电层主要由两个分离部分组成，所述第一金属电极设置于钙钛矿太阳能组件的上表面并与封装组件下表面接触，所述第二金属电极紧贴钙钛矿太阳能组件的任一侧面，且所述第二金属电极的端部与两个分离部分的其中一个透明导电层的上表面接触。

25、此外，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池组件的封装方法，所述封装方法用于实现上述钙钛矿太阳能电池组件的封装结构，其包括先在基板上依次制作透明导电层和钙钛矿太阳能组件；然后在所述透明导电层上、位于钙钛矿太阳能组件的外围设置封装组件，且所述钙钛矿太阳能组件的外壁与封装组件的内壁接触；最后在所述透明导电层上、位于封装组件的外围设置封装盖板。

26、另一方面，本发明提供一种上述封装结构在太阳能电池中的应用。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供的封装结构，主要以第一无机层或循环多次堆叠在第一无机层上的有机层和第二无机层形成封装组件，该封装组件不仅能够同时包裹钙钛矿太阳能组件的顶壁和侧壁，从而使得钙钛矿太阳能组件的水平方向和垂直方向均得到多重密封；而且该封装组件具有无机阻隔膜的结构致密、化学惰性以及化学稳定性高的特点，结合封装盖板多重防护，因而能够有效阻隔水氧对钙钛矿电池的影响，尤其适用于对水汽更为敏感的钙钛矿材料的封装，避免了出现封装效果不理想导致水汽进入，引起钙钛矿分解，从而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性和使用寿命，此外该封装结构具有工艺简单，封装效率高，对大面积钙钛矿电池也具有非常好的封装效果。