高效钙钛矿薄膜太阳电池柔性组件及封装技术方法
时间：2023-06-22 19:20:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王海清，王 静，伍 洋，蔡胜胜，万莉莎
（四川东树新材料有限公司，四川德阳 618000）
由于制造工艺简单、转换效率高，光伏技术领域的钙钛矿太阳能电池引起了产业界的关注，充分展现了其良好的市场前景和巨大的潜在价值[1]。它被定位为一项具有实现低成本高潜力的核心技术。然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性和设备尺寸的小型化是其实现高效商业化的关键挑战。尽管目前在钙钛矿薄膜太阳能电池柔性组件的制造方面取得了相当大的进展，但为了制造出更高效的钙钛矿薄膜太阳能电池柔性组件，调节其电压和输出，并将其连接到光伏逆变器以进行发电和并网，高效钙钛矿薄膜太阳能电池的柔性模块需要串联和并联，并完成进一步包装[2]。
本研究提供了一种用于高效钙钛矿薄膜太阳能电池的柔性组件的封装思路，基本技术路线是多个串联和并联的钙钛矿太阳能电池模块在底层基板上排列成矩阵，各自的钙钛矿太阳能电池组件周围的密封材料覆盖钙钛矿太阳能电池组件的透明衬底，透明衬底的底面是透明导电层，该导电层与密封材料密封连接，并将每个钙钛矿太阳能电池模块封装在由底部基材、透明基材和密封材料围成的密封空间内[3]。
高效钙钛矿太阳能电池具有一个基板。多个串联和并联的钙钛矿太阳能电池模块以矩阵形式排列在基板上，每个钙钛矿太阳能电池模块周围有封装材料，以及覆盖钙钛矿太阳能电池模块的透明基板[4,5]。
通常情况下，高效钙钛矿薄膜太阳能电池柔性模块的封装技术与传统太阳能电池模块的封装结构相似。也就是说，串联或平行矩阵的钙钛矿太阳能电池组件被设置在一个夹层结构中，该结构具有顶部和底部盖板（通常是玻璃或玻璃+背板）和填充胶膜（通常也是玻璃）[6]。由于夹层结构中上层和下层基板的玻璃尺寸大于电池FTO的玻璃尺寸，有必要用胶膜填充周围区域以补偿其厚度。为了保证一定的封装效果，薄膜的宽度（从上下基片到电池边缘的距离）要做得更宽。相关研究描述了一种冷却剂太阳能模块及其封装方法，其中几个冷却剂太阳能模块通过连接层和填充层连接到顶部和底部的盖子上，以实现冷却剂太阳能模块的气密性和保护[7]。太阳能组件通常包含一定厚度的透明基板，这种封装结构需要具有非常高的封装性能的封装材料，以便将几个串联和并联的致冷剂太阳能组件作为一个整体进行密封[8]。钙钛矿太阳能电池一般需要厚而宽的填充层材料，以达到理想的封装效果。此外，在这种封装结构中，整个串联式平行晶体硅太阳能电池被上下盖板密封，如果其中一块电池板损坏，更换难度较大，影响整个组件的发电性能[9]。
每个电池的正负极都设置在电池四面的密封材料之外，允许相邻电池之间进行串联和并联，并对每个电池进行单独密封，将所有电池密封在上下板的中央，并允许在出现共同故障时独立拆卸和更换。整体密封性实际上比较好[10]。
在密封过程中，充电层的作用是将全透明的基片与组件粘合在一起，这实际上证实了密封的有效性，也提高了封装水平[11]。通过在填充层和周围的封装胶之间提供2 mm～5 mm的间隙，以及在填充层底部和周围封装胶底部之间提供0.1 mm～0.3 mm的高度差，可以防止填充层从封装胶中溢出，影响密封效果[12]。在透明导电层的底面上分布有导电网格线，两个位于透明导电层上并与导电网格线相连的一般电极，以及与相应的一般电极相连的连接线。通过电性连接各个碳化硅太阳能模块，导电性能得到改善[13]。多个钙钛矿太阳能组件通过连接线串联和平行连接形成了一个总的电池模块[14]。
底部基材上设有供连接导体穿过的通孔，这便于将连接导体引向外部，并将其连接到接线盒、负载等[15]。此外，钙钛矿太阳能电池组件从下到上包括空穴阻挡层、电子元素传输层、钙钛矿消化吸收层、空穴传输层和反向电位层。
本研究描述了高效钙钛矿薄膜太阳能电池柔性模块的封装方法，包括以下过程：①将下层基板、外围封装剂和高效钙钛矿太阳能电池模块从下到上依次堆叠，得到一个堆叠体电池；
②加热[16]；
③将层压电池置于层压加热板中并在层压加热板上进行加热；
④从层压加热板上移走封装的电池模组；
⑤冷却。
此外，高效钙钛矿太阳能电池组件选自可在约85℃下溶解的材料，层压机加热板设置为80℃～110℃的加热温度，或高效钙钛矿太阳能电池组件选自可在约150℃下溶解的材料，且加热温度为110℃[17]。高效钙钛矿太阳能电池组件的加热温度被设定为160℃或更高。在这项研究中，选择了层压工艺进行封装，并为每种热平滑制冷剂设置了不同的层压温度关键参数，以免影响层压后的电池性能[18]。
层压机加热板排空时间设定为3 min～6 min，层压机加热板层压时间设定为8 min～15 min，压力设定为30 kPa～100 kPa，在这些条件下，添加剂层充分填充了电池组件与下层基材之间的间隙，并牢固地粘附在基材上，没有气泡或脱层，达到了预测的密封性实用效果[19,20]。
（1）在高效钙钛矿薄膜太阳能电池中，本研究提供了易于更换单电池模块的柔性模块，解决了单个钛酸钙电池模块在使用过程中被损坏，影响整个模块发电性能的问题。
（2）本研究提供的钙钛矿电池模块解决了传统模块结构中填充层材料的厚度和宽度问题，并将模块包裹起来，具有较好的封装。
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