CN112670418A - 钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法，其中，钙钛矿电池组件的封装结构包括：基板、钙钛矿太阳能组件、背光板和封装部，基板的一侧设有第一金属电极引出端，基板的上端设有导电层，导电层与第一金属电极引出端相连，钙钛矿太阳能组件设于导电层的上部，背光板设于钙钛矿太阳能组件的上部，背光板的下部设有金属层，金属层与钙钛矿太阳能组件相连，背光板的一侧设有与金属层相连的第二金属电极引出端，封装部的一端与基板的外周缘相连，封装部的另一端与背光板的外周缘相连，以将钙钛矿太阳能组件封装在基板与背光板之间。该钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法具有结构紧凑以及封装工艺简单易操作等优点。

Description

钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池因其具有很高的光电转换效率、可低成本溶液加工以及资源丰富等特点，引起了学术界的高度关注,目前效率世界记录为25.5％。与晶硅电池、CdTe电池和铜铟镓硒(CIGS)电池处于同一水平。因其重大的科学意义与巨大的发展前景，钙钛矿电池被Science杂志评为2013年十大科学突破之一。

目前影响钙钛矿太阳能电池的主要问题是其封装以及工艺稳定性。不同组分的钙钛矿材料在高温条件下会进行相变，这决定了钙钛矿组件需要低温封装，现有光伏封装模式已不再使用钙钛矿组件封装。

同时传统的金属层与钙钛矿吸光层相接触，导致金属离子进入钙钛矿材料中进行反应，改变钙钛矿材料的属性，降低了其稳定性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种钙钛矿电池组件的封装结构，该钙钛矿电池组件的封装结构具有整体结构紧凑以及可以充分利用太阳能发电等优点。

本发明还提出一种钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，该封装方法步骤简便易行，封装工艺不再需要POE、EVA等这类封装填充胶膜，实现低温封装，从而可以提高钙钛矿电池组件的封装结构的生产效率。

根据本发明第一方面实施例的钙钛矿电池组件的封装结构，包括：基板，所述基板的一侧设有第一金属电极引出端，所述基板的上端设有导电层，所述导电层与所述第一金属电极引出端相连；钙钛矿太阳能组件，所述钙钛矿太阳能组件设于所述导电层的上部；背光板，所述背光板设于所述钙钛矿太阳能组件的上部，所述背光板的下部设有金属层，所述金属层与所述钙钛矿太阳能组件相连，所述背光板的一侧设有与所述金属层相连的第二金属电极引出端；封装部，所述封装部的一端与所述基板的外周缘相连，所述封装部的另一端与所述背光板的外周缘相连，以将所述钙钛矿太阳能组件封装在所述基板与所述背光板之间。

根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构，通过将基板、钙钛矿太阳能组件、背光板以及封装部相结合，在基板上依次设置导电层、钙钛矿太阳能组件和背光板，然后使用封装部将四者密封封装。该钙钛矿电池组件的封装结构整体结构紧凑，并且通过在基板与钙钛矿太阳能组件之间设置导电层，避免了金属与钙钛矿太阳能组件直接的接触，从而提高了钙钛矿太阳能组件的稳定性，更有利于钙钛矿电极组件利用太阳能发电。

根据本发明一个实施例，所述钙钛矿太阳能组件包括：依次相连的空穴层、钙钛矿吸光层和电子层；所述空穴层与所述导电层相连，所述电子层与所述金属层相连；或者所述电子层与所述导电层相连，所述空穴层与所述金属层相连。

根据本发明一个实施例，所述基板与所述背光板的距离小于100nm。

根据本发明一个实施例，所述封装部为玻璃板，所述玻璃板的上沿与所述背光板的上沿平齐，所述玻璃板的下沿与所述基板的下沿平齐。

根据本发明一个实施例，所述第一金属电极引出端和所述第二金属电极引出端与所述封装部之间均设有固化型密封胶。

根据本发明一个实施例，所述导电层为TCO导电层。

根据本发明一个实施例，所述背光板和所述基板均为浮法玻璃，所述浮法玻璃的厚度为0.5mm-5mm。

根据本发明第二方面实施例的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，包括以下步骤：S1、在基板的一侧增设第一金属电极引出端；S2、在基板上沉积出导电层，使导电层的一部分与第一金属电极引出端相接触；S3、在导电层上沉积出钙钛矿太阳能组件；S4、在背光板的一侧增设第二金属电极引出端，并在背光板上沉积出金属层，使金属层的一部分与第二金属电极引出端相接触；S5、翻转背光板后，将背光板放置在步骤S3中的得到的钙钛矿太阳能组件上，并将背光板、钙钛矿太阳能组件以及基板三者进行压合，整个压合过程在惰性气体环境中进行；S6、通过激光焊接的方式，将封装部焊接在基板和背光板的外周缘。

根据本发明一个实施例，所述S1具体为：对基板的一侧进行刻蚀，在刻蚀处通过沉积或丝网印刷或溅射的方式形成第一金属电极引出端。

根据本发明一个实施例，所述S3具体为：自下而上依次沉积电子层、钙钛矿吸光层和空穴层；或者自下而上依次沉积空穴层、钙钛矿吸光层和电子层。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法流程图。

附图标记：

钙钛矿电池组件的封装结构100；

基板10；导电层11；第一金属电极引出端12；

钙钛矿太阳能组件20；空穴层21；钙钛矿吸光层22；电子层23；

背光板30；金属层31；第二金属电极引出端32；

封装部40。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图具体描述根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构及其封装方法。

如图1所示是根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构100，包括：基板10、钙钛矿太阳能组件20、背光板30和封装部40。

具体而言，基板10的一侧设有第一金属电极引出端12，基板10的上端设有导电层11，导电层11与第一金属电极引出端12相连，钙钛矿太阳能组件20设于导电层11的上部，背光板30设于钙钛矿太阳能组件20的上部，背光板30的下部设有金属层31，金属层31与钙钛矿太阳能组件20相连，背光板30的一侧设有与金属层31相连的第二金属电极引出端32，封装部40的一端与基板10的外周缘相连，封装部40的另一端与背光板30的外周缘相连，以将钙钛矿太阳能组件20封装在基板10与背光板30之间。

换言之，钙钛矿电池组件的封装结构100主要由基板10、钙钛矿太阳能组件20、背光板30和封装部40组成，其中，基板10的一端设有第一金属电极引出端12，并且，在基板10的上部还设有导电层11，导电层11上部设置有钙钛矿太阳能组件20，紧接着，在钙钛矿太阳能组件20的上部继续设置一层背光板30。需要说明的是，背光板30的下侧设有一层金属层31，金属层31位于背光板30与钙钛矿太阳能组件20之间。最后，利用封装部40将钙钛矿太阳能组件20封装在基板10和背光板39之间。

由此，根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构100，通过将基板10、钙钛矿太阳能组件20、背光板30以及封装部40相结合，在基板10上依次设置导电层11、钙钛矿太阳能组件20和背光板30，然后使用封装部40将四者密封封装。该钙钛矿电池组件的封装结构100整体结构紧凑，并且通过在基板10与钙钛矿太阳能组件20之间设置导电层11，避免了金属与钙钛矿太阳能组件20直接的接触，从而提高了钙钛矿太阳能组件20的稳定性，更有利于钙钛矿电极组件利用太阳能发电。

根据本发明的一个实施例，钙钛矿太阳能组件20包括：依次相连的空穴层21、钙钛矿吸光层22和电子层23；空穴层21与导电层11相连，电子层23与金属层31相连；或者电子层23与导电层11相连，空穴层21与金属层31相连。也就是说，当钙钛矿太阳能组件20中钙钛矿吸光层22的上侧为空穴层21时，钙钛矿吸光层22的下侧则为电子层23；当钙钛矿吸光层22的上侧为电子层23时，钙钛矿吸光层22的下侧则为空穴层21。

在本发明的一些具体实施方式中，基板10与背光板30的距离小于100nm。为了保证整体结构的紧凑性，以及工业上运用的便利性，通过将基板10和背光板30的距离设置为小于100nm，从而可以确保电子传输距离的缩短，进一步能够保证钙钛矿太阳能组件20良好的发电效果。

可选地，封装部40为玻璃板，玻璃板的上沿与背光板30的上沿平齐，玻璃板的下沿与基板10的下沿平齐。通过使用玻璃板作为封装部40，可以避免使用传统光伏组件中POE、EVA等材质封装，在节省材料的同时，还能够简化工艺步骤。

在本发明的一些具体实施方式中，第一金属电极引出端12和第二金属电极引出端32与封装部40之间均设有固化型密封胶。需要说明的是，作为优选，将固化型密封胶的厚度为100nm-2mm。第一金属电极引出端12和第二金属电极引出端32的宽度均为0.01mm-100mm，长度均为0.1mm-2000mm，厚度均为0.01mm-3mm。

优选地，导电层11为TCO导电层。TCO导电层的表面方阻低，透光率高，而且面积大、重量轻、易加工、耐冲击，从而可以确保钙钛矿太阳能组件20良好的发电效果。

优选地，背光板30和基板10均为浮法玻璃，浮法玻璃的厚度为0.5mm-5mm。浮法玻璃纯净、透明度好并且明亮、无色，没有玻璃疔、气泡之类的杂质，可以确保钙钛矿太阳能组件20充分接收太阳能并利用太阳能发电。

如图2所示是根据本发明实施例的钙钛矿电池组件的封装结构100的封装方法，包括以下步骤：S1、在基板10的一侧增设第一金属电极引出端12；S2、在基板10上沉积出导电层11，使导电层11的一部分与第一金属电极引出端12相接触；S3、在导电层11上沉积出钙钛矿太阳能组件20；S4、在背光板30的一侧增设第二金属电极引出端32，并在背光板30上沉积出金属层31，使金属层31的一部分与第二金属电极引出端32相接触；S5、翻转背光板30后，将背光板30放置在步骤S3中的得到的钙钛矿太阳能组件20上，并将背光板30、钙钛矿太阳能组件20以及基板10三者进行压合，整个压合过程在惰性气体环境中进行；S6、通过激光焊接的方式，将封装部40焊接在基板10和背光板30的外周缘。

也就是说，在制备钙钛矿电池组件的封装结构100的过程中，需要将基板10的一侧，根据基板10的厚度设置第一金属电极引出端12，此时第一金属电极引出端12的厚度与基板10的厚度相同。然后，在基板10的上侧面板沉积一层导电层11，并且导电层11的一部分需要与第一金属电极引出端12相接触，从而可以确保钙钛矿电极组件的每一部分相连通。接下来，在导电层11的上方沉积钙钛矿太阳能组件20。然后，将背光板30的一侧增设第二金属电极引出端32，并且在背光板30的一侧面板上沉积金属层31，并且金属层31的一部分与第二金属电极引出端32相连通，同样是为了确保钙钛矿电极组件的每一部分相连通。接下来，翻转背光板30后，将背光板30放置在步骤S3中的得到的钙钛矿太阳能组件20上，并将背光板30、钙钛矿太阳能组件20以及基板10三者进行压合，整个压合过程在惰性气体环境中进行。最后，通过激光焊接的方式，将封装部40焊接在基板10和背光板30的外周缘。整个封装工艺均处于低温状态下进行。

根据本发明的一个实施例，S1具体为：对基板10的一侧进行刻蚀，在刻蚀处通过沉积或丝网印刷或溅射的方式形成第一金属电极引出端12。通过使用沉积、丝网印刷或溅射的方法制备第一金属电极引出端12，保证了第一金属电极引出端12的可靠性。

在本发明的一些具体实施方式中，S3具体为：自下而上依次沉积电子层23、钙钛矿吸光层22和空穴层21；或者自下而上依次沉积空穴层21、钙钛矿吸光层22和电子层23。通过使用沉积的方式制备钙钛矿电极组件20，从而可以确保钙钛矿电极组件20能够充分利用太阳能发电。

总而言之，根据本发明实施例中的钙钛矿电池组件的封装结构100及其封装方法，通过将基板10、钙钛矿太阳能组件20、背光板30以及封装部40相结合，使用玻璃板作为封装部40将钙钛矿太阳能组件20封装在基板10和背光板30之间，封装工艺步骤简单，能够颠覆传统光伏组件中使用POE、EVA等材质作为封装材料，从而可以节省材料，避免不必要的浪费。并且，在基板10与钙钛矿太阳能组件20之间设置的导电层11，避免金属与钙钛矿太阳能组件20直接的接触，从而能够有效地提高钙钛矿组件的稳定性。整个封装工艺均在惰性气体环境中进行，从而可以起到良好的隔绝空气，避免钙钛矿太阳能组件20被氧化腐蚀，进一步提高使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，包括：

基板，所述基板的一侧设有第一金属电极引出端，所述基板的上端设有导电层，所述导电层与所述第一金属电极引出端相连；

钙钛矿太阳能组件，所述钙钛矿太阳能组件设于所述导电层的上部；

背光板，所述背光板设于所述钙钛矿太阳能组件的上部，所述背光板的下部设有金属层，所述金属层与所述钙钛矿太阳能组件相连，所述背光板的一侧设有与所述金属层相连的第二金属电极引出端；

封装部，所述封装部的一端与所述基板的外周缘相连，所述封装部的另一端与所述背光板的外周缘相连，以将所述钙钛矿太阳能组件封装在所述基板与所述背光板之间。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述钙钛矿太阳能组件包括：

依次相连的空穴层、钙钛矿吸光层和电子层；

所述空穴层与所述导电层相连，所述电子层与所述金属层相连；

或者所述电子层与所述导电层相连，所述空穴层与所述金属层相连。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述基板与所述背光板的距离小于100nm。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述封装部为玻璃板，所述玻璃板的上沿与所述背光板的上沿平齐，所述玻璃板的下沿与所述基板的下沿平齐。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述第一金属电极引出端和所述第二金属电极引出端与所述封装部之间均设有固化型密封胶。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述导电层为TCO导电层。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件的封装结构，其特征在于，所述背光板和所述基板均为浮法玻璃，所述浮法玻璃的厚度为0.5mm-5mm。

8.根据权利要求1-7任一所述的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在基板的一侧增设第一金属电极引出端；

S2、在基板上沉积出导电层，使导电层的一部分与第一金属电极引出端相接触；

S3、在导电层上沉积出钙钛矿太阳能组件；

S4、在背光板的一侧增设第二金属电极引出端，并在背光板上沉积出金属层，使金属层的一部分与第二金属电极引出端相接触；

S5、翻转背光板后，将背光板放置在步骤S3中的得到的钙钛矿太阳能组件上，并将背光板、钙钛矿太阳能组件以及基板三者进行压合，整个压合过程在惰性气体环境中进行；

S6、通过激光焊接的方式，将封装部焊接在基板和背光板的外周缘。

9.根据权利要求8所述的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，其特征在于，所述S1具体为：对基板的一侧进行刻蚀，在刻蚀处通过沉积或丝网印刷或溅射的方式形成第一金属电极引出端。

10.根据权利要求9所述的钙钛矿电池组件的封装结构的封装方法，其特征在于，所述S3具体为：自下而上依次沉积电子层、钙钛矿吸光层和空穴层；或者自下而上依次沉积空穴层、钙钛矿吸光层和电子层。

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