CN108198904A - 一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，涉及太阳电池领域。该方法是在钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池正表面，利用特殊设计的掩膜板来制备便于封装的透明电极与金电极，再使用平均透过率在89％以上的超薄玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜以及透明AB胶来对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行封装，最大程度地保证了密封性，使得钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的稳定性得到明显的提升，且方法简单，易于实施。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法。
背景技术
太阳能光伏发电由于具有安全可靠、受地域限制因素较少、可方便与建筑物相结合等优势而得到快速发展。为使其能够大规模应用，降低生产成本和提高太阳电池的光电转换效率是两大关键。太阳光光谱的能量分布很宽，而半导体材料都只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子，因此拓宽电池对太阳光的吸收范围，增强对太阳光的吸收利用率是提升太阳电池光电转换效率的有效途径。在众多光伏产品中，硅异质结太阳电池和钙钛矿太阳电池因其具有较高的光电转换效率(分别为26.6％和22.7％)，制备过程低耗能，生产成本较为廉价等优点受到广泛关注。
其中，硅异质结太阳电池具有较宽的吸收光谱，但是对高能量的光谱吸收较少，而且最为重要的是该电池的开路电压不高，最高也就0.75V左右。而钙钛矿太阳电池具有较窄的光谱响应范围，通过控制钙钛矿材料中卤族元素的比例，其光吸收范围可进一步向短波方向移动。由钙钛矿和硅异质结构建的叠层太阳电池可以在更好的实现对太阳光的充分利用基础上，明显提升器件的开路电压。
但是由于钙钛矿材料本身对水氧较为敏感，导致其暴露在空气中效率会大幅度衰减，这限制了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的商业化进程，为了克服这一问题，急需解决钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装工艺，才能让电池稳定高效地工作。
发明内容
本发明提供了一种有效的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，该方法通过特定的掩膜板来制备透明电极与金电极，利用平均透过率在89％以上的超薄玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和封装AB胶来对电池进行封装，实现了正常大气环境下电池器件效率的稳定。本发明主要利用特殊设计的掩膜板制备透明电极和金电极，使得蒸发的金电极可以方便的引出。通过轻薄且光学透过性较好的超薄玻璃或者PET膜搭配AB胶来有效封装电池，实现电池中的钙钛矿材料与外界水氧的有效阻隔，从而有效增强了电池的稳定性。
本发明的技术方案：
一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，该方法步骤包括：
在长有隧穿复合层的硅异质结底电池上依次沉积透明导电ITO薄膜、钙钛矿太阳电池的电子传输层SnO2、钙钛矿光吸收层和空穴传输层Spiro-OMeTAD；
在空穴传输层上利用掩膜板依次蒸发制备MoO3薄膜、溅射制备透明导电ITO薄膜，该双层膜结构作为透明电极；
在透明导电ITO薄膜上利用掩膜板蒸发制备MoO3薄膜，作为绝缘层；
在MoO3薄膜上利用掩膜板蒸发制备金电极；
在钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池正表面有效面积区域覆盖超薄透明玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；
用透明的AB胶将超薄透明玻璃或者PET膜四周紧密封上，得到封装好的电池；
进一步的，所述的钙钛矿光吸收层材料为多种卤素元素混合的钙钛矿材料。
进一步的，所述的硅异质结底电池为平面型硅电池或单面制绒的硅太阳电池，其隧穿复合层为N型硅薄膜。
进一步的，所用的封装材料为平均透过率在89％以上的超薄玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
进一步的，钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的透明电极与金电极需通过特殊设计的掩膜板制备。
进一步的，所述的电池有效面积区域为透明电极表面未蒸镀金电极的区域。
本方法的优点和积极效果：
本方法利用特定的掩膜板制备透明电极和金电极，使得蒸发的金电极可以方便的引出，利用轻薄且光学透过性较好的超薄玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜以及对钙钛矿材料影响不显著的透明AB胶来对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行封装，最大程度地保证了密封性，使得钙钛矿电池的稳定性得到明显地提升，且方法简单，易于实施。
附图说明
图1为本发明专利中超薄玻璃封装钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的结构示意图；
图2为本发明专利中PET膜封装钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的结构示意图；
图3(1)为本发明专利制备透明电极所用掩膜板示意图；
图3(2)为本发明专利制备MoO3绝缘层所用掩膜板示意图；
图3(3)为本发明专利制备金电极所用掩膜板示意图；
图3(4)为本发明专利封装好的电池平面示意图；
图4为实施例1中所用钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池采用超薄玻璃封装前、后电流电压测试曲线图；
图5为实施例2中所用钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池采用超薄玻璃封装前、后电流电压测试曲线图；
图6为实施例3中所用钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池采用PET膜封装前、后电流电压测试曲线图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例的一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装结构如图1所示。
其中钙钛矿光吸收层为多种卤素元素混合的钙钛矿材料；硅异质结底电池为平面型硅电池或单面制绒的硅太阳电池，其隧穿复合层为N型硅薄膜；AB胶采用不易与钙钛矿材料反应的艾必达耐高温透明AB胶；封装材料为康宁0.7mm厚的超薄玻璃。
请参阅图1，本发明提供一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，包括如下步骤：
1.在2cm×2cm的长有隧穿复合层的硅异质结底电池上热蒸发沉积透明导电ITO薄膜。
2.在透明导电ITO薄膜上旋涂SnO2作为电子传输层。
3.在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱液来制备钙钛矿吸收层。
4.在钙钛矿吸收层上旋涂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。
5.请参阅图3(1)，利用掩膜板在空穴传输层上依次蒸发制备MoO3薄膜、溅射制备透明导电ITO薄膜作为透明电极。
6.请参阅图3(2)，利用掩膜板在透明电极上热蒸发制备MoO3薄膜作为绝缘层。
7.请参阅图3(3)，利用掩膜板在绝缘层上热蒸发制备金电极作为前电极。
8.请参阅图3(4)，切割超薄玻璃成1.8cm×1cm的长方形片，使其完全覆盖住叠层电池正表面的有效面积区域，有效面积区域为透明电极表面未蒸镀金电极区域。
9.请参阅图3(4)，使用透明的艾必达AB胶将超薄玻璃的四周严密粘住，等其自然烘干。
10.封装前、后对钙钛矿/硅异质结叠层电池进行电流电压曲线测试。
当采用特定掩膜板在叠层电池上制备特定形状透明电极与金电极，并利用超薄玻璃与AB胶对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行合理封装时，封装前电池效率为17.95％，封装后电池效率为17.99％，封装后电池在大气环境中放置80小时后，效率为17.85％。具体电流电压曲线图见图4。
本发明中所述的特定掩膜版如附图3所示，其结构特点为：透明电极掩膜板如附图3(1)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×1cm的镂空部分；绝缘层掩膜板如附图3(2)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.5cm的镂空部分；金电极掩膜板如附图3(3)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.56cm的长条镂空部分以及栅线宽度为0.04cm的“门”字型栅线镂空部分。
实施例2：
本实施例的一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装结构如图1所示。
其中钙钛矿光吸收层为多种卤素元素混合的钙钛矿材料；硅异质结底电池为平面型硅电池或单面制绒的硅太阳电池，其隧穿复合层为N型硅薄膜；AB胶采用不易与钙钛矿材料反应的艾必达耐高温透明AB胶；封装材料为康宁0.7mm厚的超薄玻璃。
请参阅图1，本发明提供一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，包括如下步骤：
1.在2cm×2cm的长有隧穿复合层的硅异质结底电池上热蒸发沉积透明导电ITO薄膜。
2.在透明导电ITO薄膜上旋涂SnO2作为电子传输层。
3.在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱液来制备钙钛矿吸收层。
4.在钙钛矿吸收层上旋涂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。
5.请参阅图3(1)，利用掩膜板在空穴传输层上依次蒸发制备MoO3薄膜、溅射制备透明导电ITO薄膜作为透明电极。
6.请参阅图3(2)，利用掩膜板在透明电极上热蒸发制备MoO3薄膜作为绝缘层。
7.请参阅图3(3)，利用掩膜板在绝缘层上热蒸发制备金电极作为前电极。
8.请参阅图3(4)，切割超薄玻璃成1.8cm×1cm的长方形片，使其完全覆盖住叠层电池正表面的有效面积区域，有效面积区域为透明电极表面未蒸镀金电极区域。
9.请参阅图3(4)，使用透明的艾必达AB胶将超薄玻璃的四周严密粘住，等其自然烘干。
10.封装前、后对钙钛矿/硅异质结叠层电池进行电流电压曲线测试。
当采用特定掩膜板在叠层电池上制备特定形状透明电极与金电极，并利用超薄玻璃与AB胶对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行合理封装时，封装前电池效率为17.99％，封装后电池效率为17.17％，封装后电池在大气环境中放置80小时后，效率为17.86％。具体电流电压曲线图见图5。
本发明中所述的特定掩膜版如附图3所示，其结构特点为：透明电极掩膜板如附图3(1)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×1cm的镂空部分；绝缘层掩膜板如附图3(2)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.5cm的镂空部分；金电极掩膜板如附图3(3)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.56cm的长条镂空部分以及栅线宽度为0.04cm的“门”字型栅线镂空部分。
实施例3：
本实施例的一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装结构如图2所示。
其中钙钛矿光吸收层为多种卤素元素混合的钙钛矿材料；硅异质结底电池为平面型硅电池或单面制绒的硅太阳电池，其隧穿复合层为N型硅薄膜；AB胶采用不易与钙钛矿材料反应的艾必达耐高温透明AB胶；封装材料为0.125mm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
请参阅图2，本发明提供一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，包括如下步骤：
1.在2cm×2cm的长有隧穿复合层的硅异质结底电池上热蒸发沉积透明导电ITO薄膜。
2.在透明导电ITO薄膜上旋涂SnO2作为电子传输层。
3.在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱液来制备钙钛矿吸收层。
4.在钙钛矿吸收层上旋涂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。
5.请参阅图3(1)，利用掩膜板在空穴传输层上依次蒸发制备MoO3薄膜、溅射制备透明导电ITO薄膜作为透明电极。
6.请参阅图3(2)，利用掩膜板在透明电极上热蒸发制备MoO3薄膜作为绝缘层。
7.请参阅图3(3)，利用掩膜板在绝缘层上热蒸发制备金电极作为前电极。
8.请参阅图3(4)，切割PET膜成1.8cm×1cm的长方形片，使其完全覆盖住叠层电池正表面的有效面积区域，有效面积区域为透明电极表面未蒸镀金电极区域。
9.请参阅图3(4)，使用透明的艾必达AB胶将PET膜的四周严密粘住，等其自然烘干。
10.封装前、后对钙钛矿/硅异质结叠层电池进行电流电压曲线测试。
当采用特定掩膜板在叠层电池上制备特定形状透明电极与金电极，并利用PET膜与AB胶对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行合理封装时，封装前电池效率为17.58％，封装后电池效率为18.08％，封装后电池在大气环境中放置20小时后，效率为17.51％。具体电流电压曲线图见图6。
本发明中所述的特定掩膜版如附图3所示，其结构特点为：透明电极掩膜板如附图3(1)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×1cm的镂空部分；绝缘层掩膜板如附图3(2)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.5cm的镂空部分；金电极掩膜板如附图3(3)所示，2cm×2cm的不锈钢板中心区域存在3个0.4cm×0.56cm的长条镂空部分以及栅线宽度为0.04cm的“门”字型栅线镂空部分。
从实施例1和实施例2可以看出，使用康宁超薄玻璃与透明艾必达AB胶对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行封装，封装前后电池效率几乎未损失，封装后在大气环境中放置，电池在短期内效率未见衰减。从实施例3可以看出，使用超薄PET膜与透明艾必达AB胶对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行封装，封装前后电池短路电流会略微下降，但效率几乎未损失，封装后在大气环境中放置，电池在短期内效率未见衰减。
综上，本发明提供一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，通过在钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池正表面，利用特殊设计的掩膜板来制备便于封装的透明电极与金电极，再使用平均透过率在89％以上的超薄玻璃或者PET膜以及对钙钛矿材料影响不显著的透明AB胶来对钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池进行封装，最大程度地保证了密封性，使得钙钛矿电池的稳定性得到明显的提升，且方法简单，易于实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，该方法步骤包括：
在长有隧穿复合层的硅底电池上依次沉积透明导电ITO薄膜、钙钛矿太阳电池的电子传输层SnO2、钙钛矿光吸收层和空穴传输层Spiro-OMeTAD；
在空穴传输层上利用掩膜板依次蒸发制备MoO3薄膜、溅射制备透明导电ITO薄膜，该双层膜结构作为透明电极；
在透明导电ITO薄膜上利用掩膜板蒸发制备MoO3薄膜，作为绝缘层；
在MoO3薄膜上利用掩膜板蒸发制备金电极；
在钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池正表面有效面积区域覆盖超薄透明玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；
用透明的AB胶将超薄透明玻璃或者PET膜四周紧密封上，得到封装好的电池。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，其特征在于，所述的钙钛矿光吸收层材料为多种卤素元素混合的钙钛矿材料。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，其特征在于，所述的硅底电池为平面型硅电池或单面制绒的硅太阳电池，其隧穿复合层为N型硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，其特征在于，所用的封装材料为平均透过率在89％以上的超薄玻璃或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的封装方法，其特征在于钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的透明电极与金电极需通过特定掩膜板制备。
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