一种钙钛矿光伏组件及其封装装置和封装方法

技术领域

本发明属于光伏领域，涉及一种钙钛矿光伏组件及其封装装置和封装方法。

背景技术

光伏组件的封装都采用层压机或高压釜实现，封装温度均在120～160℃范围，目前钙钛矿光伏组件的封装也与传统光伏组件的封装方案一样，为采用层压机或高压釜，现有封装具体的为：目前的光伏组件一般包括玻璃基板、电池芯片、胶膜和电池背板，在封装过程中，先将胶膜覆盖在电池芯片上，然后再将背板压覆在胶膜上方，最后在高温环境下通过压力机层压或者高压釜对胶膜进行软化，使得胶膜黏附在电池芯片和电池背板之间。

因受封装胶膜软化温度的限制，所以封装温度均大于120℃。因温度普遍大于120℃，但钙钛矿与传统晶硅及薄膜光伏电池的采用不同，钙钛矿属于离子化合物，稳定性差，封装过程的高温高压有导致钙钛分解的风险，经过高温高压后，组件性能衰减严重，阻碍了钙钛矿光伏组件的推广应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种钙钛矿光伏组件及其封装装置和封装方法，所述钙钛矿光伏组件加强了钙钛矿光伏组件的防水性能，提高了钙钛矿光伏组件的使用寿命；所述封装装置及封装方法采用有别传统干法夹胶工艺，避免层压机或高压釜的高温封装对钙钛矿材料的影响。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种钙钛矿光伏组件，所述钙钛矿光伏组件包括玻璃基板、电池芯片、边缘密封胶和玻璃背板，所述边缘密封胶夹设在玻璃基板和玻璃背板之间且构成有用于容纳电池芯片的中空腔，所述电池芯片的一面设置在玻璃基板上，且另一面间隙于玻璃背板设置，所述中空腔内包含有固化后的填充胶层，所述填充胶层包覆电池芯片。

作为本发明优选的技术方案，所述边缘密封胶呈环状结构，且所述边缘密封胶对应于玻璃基板和玻璃背板的端面上均凹设有过渡凹槽，所述边缘密封胶对应于过渡凹槽的两侧分别形成连接臂。

作为本发明优选的技术方案，靠近于所述中空腔的连接臂上贯通开设有引流孔，所述过渡凹槽通过引流孔连通于中空腔，所述过渡凹槽内填充有固化后的过渡胶层。

本发明目的之二在于提供一种目的之一所述的钙钛矿光伏组件的封装装置，所述封装装置包括上盖、下盖以及环形密封组件，所述环形密封组件设置于所述上盖底面和/或下盖顶面，所述上盖相对于下盖合拢形成用于密封放置光伏组件的封装腔，连通于所述封装腔设置有抽真空组件，所述上盖对应于封装腔设置有加热组件、压力组件以及灌胶组件，所述加热组件对应于光伏组件的清边区域且用于加热边缘密封胶，所述压力组件对应于中空腔的区域压覆在玻璃背板上，所述灌胶组件对应于背板上的电极引出孔向电池组件内的中空腔注入封装胶。

作为本发明优选的技术方案，所述加热组件为匹配于边缘密封胶的环形结构，且在玻璃背板的法向上，所述边缘密封胶位于所述加热组件的加热区域内。

作为本发明优选的技术方案，所述压力组件呈环形结构或所述压力组件包含有呈环状的压覆面，所述压力组件对应于边缘密封胶的内环侧压覆在玻璃背板上。

本发明目的之三在于提供一种钙钛矿光伏组件的封装方法，所述封装方法使用目的之二提供的所述的封装装置，所述封装方法包括：

将玻璃基板、电池芯片和玻璃背板按预定位置依次层叠放置，边缘密封胶围设在电池芯片外侧且被夹设在玻璃基板和玻璃背板之间；

将所述上盖与下盖合拢，且通过环形密封组件形成密封的用于放置电池组件的封装腔；

通过加热组件对玻璃背板对应于边缘密封胶的环形区域进行加热，直至边缘密封胶的表面热熔；

通过压力组件对玻璃背板进行施压，使得玻璃背板压覆热熔的边缘密封胶粘结至玻璃基板上；

在玻璃背板、边缘密封胶和玻璃基板结合后，形成中空腔，且由灌胶组件通过电极引出孔向中空腔内注入液态的封装胶；

注胶结束后，打开封装腔，取出光伏组件，并对中空腔内的胶体进行固化，固化后的胶体同时连接电池芯片和玻璃背板。

作为本发明优选的技术方案，在加热组件进行加热的同时，通过负压组件对封装腔抽负压用以形成负压环境，位于所述中空腔内的封装胶中的气泡在负压环境中破裂并通过负压装置将气体排出至封装腔的外部。

作为本发明优选的技术方案，所述封装胶为包含交联剂的单组份或双组分硅胶、光引发树脂中的任意一种或多种。

还包括：脂肪族胺类：乙烯基三胺、DETA、氨乙基哌嗪、AE 2；芳族胺类：间苯二胺、m-PDA、MPD、二氨基二苯基甲烷、DDM、HT-972、DEH-50；酰胺基胺类、潜伏固化胺类等。

作为本发明优选的技术方案，所述边缘密封胶呈环状结构，且所述边缘密封胶对应于玻璃基板和玻璃背板的端面上均凹设有过渡凹槽，所述边缘密封胶对应于过渡凹槽的两侧分别形成连接臂，靠近于所述中空腔的连接臂上贯通开设有引流孔，所述过渡凹槽通过引流孔连通于中空腔；

在向中空腔灌胶的过程中，所述中空腔中的封装胶胶体通过引流孔流入到过渡凹槽内，且直至过渡凹槽内充满封装胶胶体，所述过渡凹槽内的胶体在固化后形成过渡胶层，所述过渡胶层同时连接于边缘密封胶和玻璃基板/玻璃背板。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种钙钛矿光伏组件，所述钙钛矿光伏组件通过固化后的填充胶层替代现有技术中的胶膜，从而能够更加完全的包覆电池芯片，加强了钙钛矿光伏组件的防水性能，提高了钙钛矿光伏组件的使用寿命；

(2)本发明提供一种钙钛矿光伏组件封装装置及封装方法，将传统光伏组件的一步封装工艺设计成两步封装工艺，所述封装装置及封装方法通过对钙钛矿光伏组件周向边缘的密封胶进行加热加压，避免了高温对于钙钛矿薄膜性能的影响，结合湿法夹胶工艺，完成钙钛矿光伏组件封装，相较于传统封装工艺，提高了成钙钛矿光伏组件的抗老化性能。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的钙钛矿光伏组件的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的钙钛矿光伏组件的边缘密封胶的截面示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的钙钛矿光伏组件的边缘密封胶的侧视透视图；

图4为本发明具体实施方式提供的钙钛矿光伏组件的边缘密封胶与玻璃基板和玻璃背板的位置示意图；

图5为本发明具体实施方式提供的钙钛矿光伏组件封装装置的结构示意图；

图6为本发明实施例3和对比例1封装后的钙钛矿光伏组件的效率衰退图；

图中：1-玻璃基板，2-电池芯片，3-边缘密封胶，31-连接臂，32-过渡凹槽，33-引流孔，34-过渡胶层，4-玻璃背板，5-填充胶层；11-上盖；12-下盖；13-密封组件；14-传动组件；15-真空泵；16-压力组件；17-注胶嘴；18-注胶管路；19-气体管路；20-真空管路。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明具体实施方式提供一种钙钛矿光伏组件，所述钙钛矿光伏组件包括玻璃基板1、电池芯片2、边缘密封胶3和玻璃背板4，所述边缘密封胶3夹设在玻璃基板1和玻璃背板2之间且构成有用于容纳电池芯片的中空腔，所述电池芯片的一面设置在玻璃基板上，且另一面间隙于玻璃背板设置，间隙厚度为0.3mm-2mm,所述中空腔内包含有由封装胶固化后的填充胶层5，所述填充胶层5包覆电池芯片。

钙钛矿光伏组件通过固化后的填充胶层替代现有技术中的胶膜，相较于胶膜，采用的填充胶层能够与基板玻璃全面接触，从而能够更加完全的包覆电池芯片，提升防水氧老化的效果。

本发明一个具体实施方式中，所述边缘密封胶3呈环状结构，且所述边缘密封胶对应于玻璃基板和玻璃背板的端面上均凹设有过渡凹槽32，所述边缘密封胶对应于过渡凹槽的两侧分别形成连接臂31。

本发明中，相较于现有技术中玻璃和边缘密封胶只采用一个连接面的方式，本方案通过内外分布的多个连接面，能够提供多级防水保护，具体的：现有边缘密封胶开裂或者与玻璃脱胶时，由于其内外侧相连，该缺陷极易扩大，从而导致水汽从该缺陷处进入到中空腔；本方案采用多级防护，一方面，即使外侧连接臂脱胶时，内侧连接臂仍能够与玻璃保持稳定的密封作用；另一方面，由于电池组件使用在室外的恶劣环境中，随着边缘密封胶的老化，其弹性性能和粘结性均受到影响，当电池组件自身在受到振动时，内外两侧连接臂与玻璃能够有不同的振动形变幅度，则玻璃与密封胶连接面受到的法向作用力不同，也即内外两侧的连接臂与玻璃之间的抗拉脱性能不同；避免某处存在缺陷时其缺陷向内侧延伸的弊端，而且通过内外连接臂还能够分散连接面上切向和法向的作用力，提升连接面的结合稳定性。

本发明一个具体实施方式中，靠近于所述中空腔的连接臂上贯通开设有引流孔33，所述过渡凹槽通过引流孔连通于中空腔，所述过渡凹槽内填充有固化后的过渡胶层34。

本发明中，过渡胶层一方面用于充当两个连接臂之间的内撑体，起内撑作用；另一方面用于增大边缘密封胶与玻璃的连接面面积，第三方面，能够形成内外三层的防护作用，第四方面，在灌胶时还能够排空过渡凹槽内的空气，避免水氧存留。

本发明具体实施方式提供一种钙钛矿光伏组件的封装装置，所述封装装置包括上盖、下盖以及环形密封组件，所述环形密封组件设置于所述上盖底面和/或下盖顶面，例如，所述环形密封组件为胶条结构，所述上盖相对于下盖合拢形成用于密封放置光伏组件的封装腔，连通于所述封装腔设置有抽真空组件，所述抽真空组件用于对封装腔进行抽真空，所述上盖对应于封装腔设置有加热组件、压力组件以及灌胶组件，所述加热组件对应于光伏组件的清边区域用于加热边缘密封胶，所述压力组件对应于中空腔的区域压覆在玻璃背板上，所述灌胶组件对应于背板上的电极引出孔向电池组件内的中空腔注入封装胶。

本发明中，通过加热组件以及压力组件对钙钛矿光伏组件边缘进行加热加压，将组件的边缘密封胶通过热压封装起来，利用组件四周的钙钛矿清除的特点(四周清边是为了组件的绝缘性)，组件四周无钙钛矿膜层，故边缘热压不会对组件性能产生影响，边缘封装后再对组件内部区域在真空下进行灌胶，最后再固化成型完成封装。

本发明一个具体实施方式中，环形密封组件可以在设置于上盖或下盖；也可以同时设置于上盖和下盖，此时上盖和下盖的密封组件可以对应或交错设置。环形密封组件可以包括单圈密封圈或多圈密封圈，如2圈、3圈、4圈或5圈等密封圈共中心排列。

本发明一个具体实施方式中，所述加热组件可以包括单圈加热圈或多圈加热圈，如2圈、3圈、4圈或5圈等加热圈共中心排列。多圈加热圈的设置方式可以使钙钛矿光伏组件封装装置实行不同尺寸的钙钛矿光伏组件，即根据的钙钛矿光伏组件的尺寸选择对应的加热圈对钙钛矿光伏组件的密封胶层进行加热。

本发明一个具体实施方式中，压力组件包括压力板以及气体管路，所述压力板设置于所述上盖底面，所述气体管路设置于所述上盖内部，所述气体管路连接气体传输装置。

本发明一个具体实施方式中，所述压力组件可以包括单圈环状压力板或多圈环状压力板，如2圈、3圈、4圈或5圈等环状压力板共中心排列。其中，环状压力板可以是方形环状硅胶板。

本发明一个具体实施方式中，环形压力组件中的气体管路用于对压力板施加或撤去压力，在封装开始阶段压力板处于真空状态，当进行压制时，气体管路破空，向压力板施加压力。所述环形压力组件还可以连接气体传输装置，用于向气体管路输入或抽出气体。

本发明一个具体实施方式中，所述灌胶组件包括液体出口以及灌胶管路，所述液体出口与所述钙钛矿光伏组件的电极引出孔对应，所述灌胶管路设置于所述上盖内部。

本发明一个具体实施方式中，所述灌胶组件的液体出口设置有灌胶嘴，以使其可以更易插入钙钛矿光伏组件的电极引出孔。

本发明一个具体实施方式中，所述灌胶组件还可以包括与灌胶管理依次连接的液体传输装置以及灌胶液储存装置，以实现灌胶液的输送和储存。

本发明一个具体实施方式中，所述真空装置设置于所述下盖，所述真空装置包括真空管路以及真空泵，所述真空管路设置于所述下盖内部，所述真空管路的气体入口设置于所述下盖顶面。

本发明一个具体实施方式中，所述上盖和下盖由传动组件连接，所述传动组件可以是液压缸，以实现上盖和下盖的开合。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种钙钛矿光伏组件，其结构如图1-4所示，所述钙钛矿光伏组件包括玻璃基板1、电池芯片2、边缘密封胶3和玻璃背板4，所述边缘密封胶3夹设在玻璃基板1和玻璃背板2之间且构成有用于容纳电池芯片的中空腔，所述电池芯片的一面设置在玻璃基板上，且另一面间隙于玻璃背板设置，所述中空腔内包含有固化后的填充胶层5，所述填充胶层5包覆电池芯片；

所述边缘密封胶3呈环状结构，且所述边缘密封胶对应于玻璃基板和玻璃背板的端面上均凹设有过渡凹槽32，所述边缘密封胶对应于过渡凹槽的两侧分别形成连接臂31；

靠近于所述中空腔的连接臂上贯通开设有引流孔33，所述过渡凹槽通过引流孔连通于中空腔，所述过渡凹槽内填充有固化后的过渡胶层34。

实施例2

本实施例提供一种钙钛矿光伏组件的封装装置，其机构如图5所示，所述封装装置包括上盖、下盖以及环形密封组件，所述环形密封组件设置于所述上盖底面和/或下盖顶面，所述上盖相对于下盖合拢形成用于放置电池组件的密封的封装腔，连通于所述封装腔设置有抽真空组件，所述上盖对应于封装腔设置有加热组件、压力组件以及灌胶组件，所述加热组件对应于光伏组件的清边区域用于加热边缘密封胶，所述压力组件对应于中空腔的区域压覆在玻璃背板上，所述灌胶组件对应于背板上的电极引出孔向电池组件内的中空腔注入封装胶；

所述加热组件为匹配于边缘密封胶形状的环形结构，且在玻璃背板的法向上，所述边缘密封胶位于所述加热组件的加热区域内；

所述压力组件呈环形结构或所述压力组件包含有呈环状的压覆面，所述压力组件对应于边缘密封胶的内环侧压覆在玻璃背板上；

所述压力组件包括方形环状硅胶板以及抽气充气管路，所述方形环状硅胶板设置于所述上盖底面，所述抽气充气管路设置于所述上盖内部，所述气体管路连接气体传输装置；

所述灌胶组件包括灌胶嘴以及灌胶管路，所述灌胶嘴设置于所述上盖底面，所述灌胶嘴与所述钙钛矿光伏组件的电极引出孔对应，所述灌胶管路设置于所述上盖内部；

所述真空装置设置于所述下盖，所述真空装置包括真空管路以及真空泵，所述真空管路设置于所述下盖内部，所述真空管路的气体入口设置于所述下盖顶面。

实施例3

本实施例提供一种钙钛矿光伏组件封装方法，所述封装方法使用实施例2提供的钙钛矿光伏组件封装装置，所述封装方法包括：

将玻璃基板、电池芯片和玻璃背板按预定位置依次层叠放置，电池芯片是固定于玻璃基板的一侧的，在放置玻璃背板之前，先将边缘密封胶围设在电池芯片外侧，然后再将玻璃背板放置再边缘密封胶上，开启所述环形加热板，设定温度为120℃-160℃，液压缸带动所述上盖下压使所述钙钛矿光伏组件置于所述上盖、下盖以及环形密封组件形成的封装腔内部；

通过加热组件对玻璃背板对应于边缘密封胶的环形区域进行加热，直至边缘密封胶的表面热熔且达到能够用于粘结玻璃的状态；

使用所述抽真空装置对所述密闭空间抽真空，真空度达1-5KPa后，所述气体管路向方形环状硅胶板内部注入空气对所述钙钛矿光伏组件进行压制，压制的压力为20Kpa～101Kpa，时间为15～60min；

通过压力组件对玻璃背板进行施压，使得玻璃背板压覆热熔的边缘密封胶粘结至玻璃基板上；

所述压制完成后，所述灌胶组件的灌胶嘴插入所述钙钛矿光伏组件的电极引出孔向所述钙钛矿光伏组件置内部进行灌胶，灌胶液的材质为光引发树脂，所述灌胶结束后，对所述灌胶液进行固化处理，完成封装，封装后的钙钛矿光伏组件的结构如图1所示。

实施例4

基于实施例1的光伏组件，在通过实施例3的在向中空腔灌胶的过程中，所述中空腔中的封装胶胶体通过引流孔流入到过渡凹槽内，且直至过渡凹槽内充满封装胶胶体，所述过渡凹槽内的胶体在固化后形成过渡胶层，所述过渡胶层同时连接于边缘密封胶和玻璃基板/玻璃背板。优选地，所述引流孔为椭圆孔结构，其长轴方向垂直于背板玻璃，当背板玻璃下压边缘密封胶时，能够使得连接臂和引流孔产生形变，从而使得引流孔截面扩大，更容易使得胶体通过。

填充过渡凹槽内的胶体固化后一方面用于充当两个连接臂之间的内撑体，起内撑作用；另一方面用于增大边缘密封胶与玻璃的连接面面积，第三方面，能够形成内外三层的防护作用，第四方面，在灌胶时还能够排空过渡凹槽内的空气，避免水氧存留。

应用例1中封装的钙钛矿光伏组件的钙钛矿电池的型号为钙钛矿电池或钙钛矿叠层电池，封装胶层的材质为反应固化性硅胶(含有光引发剂的树脂)，宽度为1000mm，厚度为1mm，背板玻璃的厚度为5mm。

对比例1

本对比例对实施例3中的钙钛矿电池采用封装胶膜在150℃进行封装外，其他条件均与应用例1相同。

对实施例3和对比例1封装后的钙钛矿光伏组件的效率衰退情况进行测试，其结果如表1和图6所示。

效率衰退情况的测试方法为：在老化前和不同的老化时间完成后，分别测试组件的功率(标准STC条件下测试)，然后将测试的最大功率转换成效率。

表1

从表1和图6可以看出：本发明的封装组件比常规封装组件的老化性能明显更优，效率衰减较缓慢，主要是常规封装的高温对钙钛矿造成了不可逆的损伤，且随着老化的进行，损伤不断扩大，导致了组件效率快速衰减。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。