钙钛矿太阳电池组件

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳电池组件。

背景技术

光伏组件如钙钛矿太阳电池组件(PSCs)在过去十年中快速发展突飞猛进，目前已实现26.1％的转换效率。光伏组件稳定性问题一直是产业化过程中的巨大挑战，在产业化应用中，光伏组件需要长时间暴露于水氧环境中，而光伏组件中的有机功能材料和金属电极对水氧极为敏感，很容易与其发生反应，导致光伏组件性能变差、寿命衰减甚至失效，因此必须对电池片进行封装，以避免外界的直接物理损伤以及各种化学侵蚀。例如，钙钛矿太阳电池组件在生产过程中，由于激光划线处裸露的钙钛矿部分在封装后会与封装剂材料直接接触而发生反应，导致组件内部发生分解。

现有技术中常用的封装剂材料多为EVA及POE，其中EVA的层压温度至少需要140℃，POE的层压温度至少需要120℃，钙钛矿太阳电池组件长时间暴露在高温下会有损伤。由于EVA是由乙烯-乙酸乙烯酯聚合而成，在封装后于钙钛矿薄膜上发生反应分解不断释放乙酸。另一方面，由于钙钛矿对水分的高敏感性，使得密封剂对水蒸气透过率(WVTR)有更严格的要求，其中EVA的WVTR约为14g/sq.m/day，POE的WVTR约为1.8g/sq.m/day，POE被烯烃交联，因此在制造过程中需要过氧化物作为交联剂，交联剂的分解产物可能会引起水分入侵，且一些副产物也可能会与钙钛矿的活性部分反应导致分解。

发明内容

基于此，有必要提供一种钙钛矿太阳电池组件。本发明的钙钛矿太阳电池组件的稳定性得到了很大的提升。

本申请一实施例提供了一种钙钛矿太阳电池组件。

一种钙钛矿太阳电池组件，包括背面面板、背面封装胶膜、背面密封膜层、钙钛矿电池、保护膜层、正面封装胶膜以及正面面板，所述背面面板、所述背面封装胶膜、所述钙钛矿电池、所述保护膜层、所述正面封装胶膜以及所述正面面板由背光面至受光面方向依次层叠连接，所述背面密封膜层设置在所述背面封装胶膜朝向所述钙钛矿电池的表面且靠近于所述背面封装胶膜的边缘，所述背面密封膜层环绕于所述钙钛矿电池。

在其中一些实施例中，所述背面密封膜层为丁基胶膜。

在其中一些实施例中，所述背面密封膜层呈环形框架结构。

在其中一些实施例中，所述保护膜层为超疏水聚合物材料制备而成。

在其中一些实施例中，所述超疏水聚合物材料包括D型派瑞林(Parylene D)。

在其中一些实施例中，所述D型派瑞林的制备方法包括如下步骤：

在真空环境下，将四氯代对二甲苯环二体在150℃～180℃温度条件下由固体升华为气态；

在650℃～700℃温度条件下将气态的四氯代对二甲苯环二体裂解成带自由基的游离态的活性2,5-二氯对二亚甲基苯；以及

在20℃～25℃条件下，将游离态的2,5-二氯对二亚甲基苯在固态基材表面沉积聚合，形成无针孔的所述保护膜层。

在其中一些实施例中，所述保护膜层的厚度为20μm～30μm。

在其中一些实施例中，所述钙钛矿太阳电池组件还满足下述条件中的至少一种：

(1)所述背面面板的厚度为0.5mm～5mm；

(2)所述背面封装胶膜的厚度为0.5mm～1.5mm；

(3)所述正面封装胶膜的厚度为0.5mm～1.5mm；

(4)所述背面密封膜层的厚度为1.5mm～3mm。

在其中一些实施例中，所述钙钛矿太阳电池组件还满足下述条件中的至少一种：

(1)所述背面封装胶膜的材料为TPO；

(2)所述正面封装胶膜的材料为TPO。

在其中一些实施例中，所述钙钛矿太阳电池组件还满足下述条件中的至少一种：

(1)所述保护膜层的水汽渗透率为1.2g/m

(2)所述背面封装胶膜的水汽渗透率为0.5g/m

在其中一些实施例中，钙钛矿电池包括依次层叠连接的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层以及金属电极。

在其中一些实施例中，所述钙钛矿太阳电池组件还满足下述条件中的至少一种：

(1)所述导电基底为FTO；

(2)所述空穴传输层的制备材料为NiO

(3)所述电子传输层的制备材料为C60；

(4)所述金属电极的制备材料为Ag。

在其中一些实施例中，所述钙钛矿电池的数量为多个，多个所述钙钛矿电池串联连接。

本申请的钙钛矿太阳电池组件，通过在钙钛矿电池表面镀上一层绝缘的保护膜层，能够避免生产过程中因激光划线导致钙钛矿裸露而直接与封装剂材料接触导致钙钛矿内部分解的问题，保护膜层顺便起到隔绝水氧的效果。本申请的钙钛矿太阳电池组件的稳定性大幅提升。

相比传统技术，本申请的钙钛矿太阳电池组件具有如下有益效果：

(1)本申请的钙钛矿太阳电池组件使用TPO封装剂材料来代替其它的封装剂材料，TPO在老化过程中几乎没有副产物释放，表现出相对较高的化学稳定性，封装后的钙钛矿太阳电池组件稳定性得到了有效的提升。

(2)本申请的钙钛矿太阳电池组件在制备过程中，在对钙钛矿电池的正面进行保护膜层的蒸镀，保护膜层防止封装剂材料在进行层压后与钙钛矿组件激光划线部分进行接触从而内部发生反应分解，封装后的钙钛矿组件其稳定性得到了明显的提升。

(3)本申请的钙钛矿太阳电池组件的封装材料和封装结构，容错率更高，工艺流程简单，生产成本较低，可靠性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。

图1为本发明一实施例所述的钙钛矿太阳电池组件示意图；

图2为实施例1和对比例1-3所得的钙钛矿太阳电池组件老化90天后进行SEM横截面测试结果示意图；

图3为实施例1和对比例1-3所得的钙钛矿太阳电池组件老化90天后进行XRD测试结果示意图。

附图标记说明

10、钙钛矿太阳电池组件；100、背面面板；200、背面封装胶膜；300、背面密封膜层；400、钙钛矿电池；500、保护膜层；600、正面封装胶膜；700、正面面板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例提供一种钙钛矿太阳电池组件10，以解决传统技术中钙钛矿太阳电池组件10在生产过程中由于激光划线处裸露的钙钛矿部分在封装后会与封装剂材料直接接触而发生反应，导致组件内部发生分解的问题；以及传统技术中常用的封装剂材料如EVA及POE在封装后于钙钛矿薄膜上发生反应分解不断释放乙酸等副产物可能会引起水分入侵太阳电池，也可能会与钙钛矿的活性部分反应导致分解的问题中的至少一种问题。以下将结合附图对钙钛矿太阳电池组件10进行说明。

本申请实施例提供的钙钛矿太阳电池组件10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本申请实施例提供的钙钛矿太阳电池组件10的结构示意图。为了更清楚的说明钙钛矿太阳电池组件10的结构，以下将结合附图对钙钛矿太阳电池组件10进行介绍。

示例性的，请参阅图1所示，一种钙钛矿太阳电池组件10，包括背面面板100、背面封装胶膜200、背面密封膜层300、钙钛矿电池400、保护膜层500、正面封装胶膜600以及正面面板700。

背面面板100、背面封装胶膜200、钙钛矿电池400、保护膜层500、正面封装胶膜600以及正面面板700由背光面至受光面方向依次层叠连接。背面密封膜层300设置在背面封装胶膜200朝向钙钛矿电池400的表面且靠近于背面封装胶膜200的边缘。背面密封膜层300环绕于钙钛矿电池400。需要说明的是，本申请中，保护膜层500是为防止背面封装胶膜200、正面封装胶膜600侵蚀钙钛矿电池400，对钙钛矿电池400起到保护作用。背面密封膜层300起到边缘密封的作用，防止钙钛矿电池400周围水氧的侵入，起到隔绝水氧的作用以及保证钙钛矿太阳电池组件10在高温高湿环境下运行的安全性及长久的耐老化性。背面面板100能够有效保护和支撑钙钛矿太阳电池组件10，从而增加电池和光伏发电组件的的抗击强度。

本申请的钙钛矿太阳电池组件10，通过在钙钛矿电池400表面镀上一层绝缘的保护膜层500，能够避免生产过程中因激光划线导致钙钛矿裸露而直接与封装剂材料接触导致钙钛矿内部分解的问题，保护膜层500顺便起到隔绝水氧的效果。本申请的钙钛矿太阳电池组件10的稳定性大幅提升。

在其中一些实施例中，背面密封膜层300为丁基胶膜。

在其中一些实施例中，背面密封膜层300呈环形框架结构。

在其中一些实施例中，保护膜层500为超疏水聚合物材料制备而成。

在其中一些实施例中，超疏水聚合物材料包括D型派瑞林(Parylene D)。D型派瑞林(Parylene D)制备得到的保护膜层500不仅可以隔离正面封装胶膜600，保护钙钛矿电池400因激光划线裸露的部分，还能够能隔绝水氧，保护膜层500制备工艺是在低温下进行，不会损伤钙钛矿电池400，D型派瑞林(Parylene D)制备得到的保护膜层500具有工艺流程简单，生产成本较低，可靠性好的特点。

在其中一些实施例中，D型派瑞林的制备方法包括如下步骤：

在真空环境下，将四氯代对二甲苯环二体在150℃～180℃温度条件下由固体升华为气态；

在650℃～700℃温度条件下将气态的四氯代对二甲苯环二体裂解成带自由基的游离态的活性2,5-二氯对二亚甲基苯；以及

在20℃～25℃条件下，将游离态的2,5-二氯对二亚甲基苯在固态基材表面沉积聚合，形成无针孔的保护膜层500。

在其中一些实施例中，保护膜层500的厚度为20μm～30μm。

在其中一些实施例中，背面面板100的厚度为0.5mm～5mm。

在其中一些实施例中，背面封装胶膜200的厚度为0.5mm～1.5mm。

在其中一些实施例中，背面封装胶膜200的材料为TPO(乙烯、极性丙烯酸酯单元和硅烷单体的共聚)。

在其中一些实施例中，正面封装胶膜600的材料为TPO(乙烯、极性丙烯酸酯单元和硅烷单体的共聚)。

在其中一些实施例中，正面封装胶膜600的厚度为0.5mm～1.5mm。

在其中一些实施例中，背面密封膜层300的厚度为1.5mm～3mm。

本申请的钙钛矿太阳电池组件10使用化学稳定性相对较高的封装剂材料如TPO来进一步延缓钙钛矿与封装剂材料的反应。使用的封装剂材料为TPO来代替其它封装剂材料，TPO是通过乙烯、极性丙烯酸酯单元和硅烷单体的共聚制备的，生产中不需要交联程序，并且在老化过程中几乎没有副产物释放，因此它表现出相对较高的化学稳定性。此外，TPO的具有较低的WVTR约为0.8g/sq.m/day。最后TPO封装剂材料在层压过程中进行高温固化时，其相对温度较低，一般为115℃～125℃即可用于封装，而相对低温的过程减少了对钙钛矿膜的热损伤。

在其中一些实施例中，保护膜层500的水汽渗透率为1.2g/m

在其中一些实施例中，背面封装胶膜200的水汽渗透率为0.5g/m

在其中一些实施例中，钙钛矿电池400包括依次层叠连接的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层以及金属电极。

在其中一些实施例中，导电基底为FTO。

在其中一些实施例中，空穴传输层的制备材料为NiO

在其中一些实施例中，电子传输层的制备材料为C60。

在其中一些实施例中，金属电极的制备材料为Ag。

在其中一些实施例中，钙钛矿电池400的数量为多个，多个钙钛矿电池400串联连接。例如钙钛矿电池400的数量为2个～50个。

在其中一些实施例中，背面面板100、背面封装胶膜200、钙钛矿电池400、保护膜层500、正面封装胶膜600以及正面面板700由背光面至受光面方向依次层叠连接后，经层压机在120℃～125℃条件下进行层压至少10min后成一体。

在其中一些实施例中，背面面板100、背面封装胶膜200、正面封装胶膜600以及正面面板700均为尺寸相同的矩形形状。

在其中一些实施例中，保护膜层500在制备时通过蒸镀的形式在钙钛矿电池400的正面形成。该保护膜层500不仅可以起到隔绝水和氧气的作用，而且还可以对激光划线处钙钛矿薄膜起到保护作用，防止与封装剂材料接触从而内部发生分解。

实施例1

本实施例提供了一种钙钛矿太阳电池组件10。

本申请的钙钛矿太阳电池组件10包括背面面板100、背面封装胶膜200、背面密封膜层300、钙钛矿电池400、保护膜层500、正面封装胶膜600以及正面面板700。

背面密封膜层300的制备材料为丁基胶膜，保护膜层500的制备材料为D型派瑞林(Parylene D)。保护膜层500的厚度为20μm，保护膜层500的水汽渗透率为1.2g/m

其中，D型派瑞林的制备方法包括如下步骤：

在真空环境下，将四氯代对二甲苯环二体在150℃温度条件下由固体升华为气态；在650℃温度条件下将气态的四氯代对二甲苯环二体裂解成带自由基的游离态的活性2,5-二氯对二亚甲基苯；以及在25℃条件下，将游离态的2,5-二氯对二亚甲基苯在固态基材表面沉积聚合，形成无针孔的保护膜层500。

钙钛矿电池400为反式结构器件，具体地，钙钛矿电池400包括依次层叠连接的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层以及金属电极。导电基底为10×10cm

钙钛矿电池400的方法包括如下步骤：以10×10cm

在封装时，背面面板100、背面封装胶膜200、钙钛矿电池400、保护膜层500、正面封装胶膜600以及正面面板700由背光面至受光面方向依次层叠连接。背面密封膜层300设置在背面封装胶膜200朝向钙钛矿电池400的表面且靠近于背面封装胶膜200的边缘。背面密封膜层300环绕于钙钛矿电池400。将上述层叠的三明治结构通过层压机在120℃条件下进行层压10min，对层压后周围边角料进行裁切，得到最终产品钙钛矿太阳电池组件10。

对比例1

本对比例提供了一种钙钛矿太阳电池组件10。

本对比例的钙钛矿太阳电池组件10与实施例1基本相同，区别在于：本对比例的背面封装胶膜200、正面封装胶膜600均为EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)。

对比例2

本对比例提供了一种钙钛矿太阳电池组件10。

本对比例的钙钛矿太阳电池组件10与实施例1基本相同，区别在于：本对比例的背面封装胶膜200、正面封装胶膜600均为POE(乙烯与α-烯烃无规共聚)。

对比例3

本对比例提供了一种钙钛矿太阳电池组件10。

本对比例的钙钛矿太阳电池组件10与实施例1基本相同，区别在于：本对比例缺失保护膜层500。

将实施例1和对比例1-2所获得的钙钛矿太阳电池组件10分别老化90天，性能测试结果如表1所示，并对老化后的钙钛矿太阳电池组件10进行SEM横截面测试，如图2所示，从图2中可以发现，实施例1经过TPO封装剂封装的钙钛矿太阳电池组件10在老化90天后，尽管钙钛矿晶界量增加，但是钙钛矿薄膜没有显示出明显的变化，这可能是光诱导降解的结果。对于对比例1、对比例2分别经过EVA和POE封装剂封装的钙钛矿太阳电池组件10在老化90天后，钙钛矿中出现了大量的针孔，并且钙钛矿层和电荷传输层之间的间隙趋于尖锐，推断钙钛矿膜和界面都遇到了衰减。钙钛矿多晶膜中针孔的形成主要归因于水分和氧气的进入，这有助于从立方相转变为一水合物相，然后脱水，这种不可逆反应倾向于在晶界和界面处更容易发生，在那里可能存在更高密度的缺陷。此外，光和热驱动的离子迁移也有助于链式反应，因此，晶粒收缩，并观察到针孔。

将实施例1和对比例1-2老化90天后的钙钛矿太阳电池组件10进行了XRD测试，参见图3所示，图3中的横坐标为相角度(θ)，纵坐标为强度，图3中的5组曲线由上至下依次为POE封装、EVA封装、TPO封装、钙钛矿膜封装前、钙钛矿膜封装后。从图3中可以发现，在相同的老化程度下，实施例1使用TPO封装剂材料封装的钙钛矿太阳电池组件10发生降解的程度相对较小。而对比例1、对比例2分别经POE、EVA封装的钙钛矿膜，对应α相钙钛矿峰强度明显降低，并且出现了δ相杂峰，说明了钙钛矿太阳电池组件10因为分解而发生了相转变。

表1

从表1实验结果中我们也可以看出，实施例1提供的钙钛矿太阳电池组件10后在环境空气中老化90天后，其效率仅衰减了18％，对比例1-对比例3衰减了多达22％～33％。实施例1的钙钛矿太阳电池组件10效率损失远远低于对比例的常规方案，可见，本实施例提供的的钙钛矿太阳电池组件10对组件稳定性的提升非常显著。

综上所述，相比传统技术，本申请的钙钛矿太阳电池组件10具有如下有益效果：

(1)本申请的钙钛矿太阳电池组件10使用TPO封装剂材料来代替其它的封装剂材料，TPO在老化过程中几乎没有副产物释放，表现出相对较高的化学稳定性，封装后的钙钛矿太阳电池组件10稳定性得到了有效的提升。

(2)本申请的钙钛矿太阳电池组件10在制备过程中，在对钙钛矿电池400的正面进行保护膜层500的蒸镀，保护膜层500防止封装剂材料在进行层压后与钙钛矿组件激光划线部分进行接触从而内部发生反应分解，封装后的钙钛矿组件其稳定性得到了明显的提升。

(3)本申请的钙钛矿太阳电池组件10的封装材料和封装结构，容错率更高，工艺流程简单，生产成本较低，可靠性好。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。