CN116613234A - 太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池组件及其制备方法，该太阳能电池组件包括柔性衬底；设置在柔性衬底上的多个太阳能电池单元，以及柔性电连接件；其中，多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元通过柔性电连接件连接，以形成太阳能电池组件；通过设计太阳能电池单元独特的连接方式，可以实现可拉伸的太阳能电池结构，且内部的太阳能电池单元未被拉伸，有效避免了拉伸对太阳能电池单元的内部膜层造成的损伤，通过调节太阳能电池单元间的柔性电连接件的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件的可拉伸比例。

Description

太阳能电池组件及其制备方法

技术领域

本申请涉及太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种太阳能电池组件及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速，基于有机无机杂化钙钛矿材料的单节光伏电池最高光电转换效率已经达到25.7％，并且其理论上限超过了传统的晶硅电池的上限，未来有望取代晶硅成为新一代光伏材料。

但太阳能电池中钙钛矿晶体在柔性弯折、拉伸时容易发生晶界分离、断裂等问题，太阳能电池组件的拉伸导致电池单元损坏，影响其在柔性产品中的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种太阳能电池组件及其制备方法，以此解决太阳能电池组件的拉伸导致电池单元损坏的问题。

第一方面，本申请一实施例提供了一种太阳能电池组件，该电池组件包括：柔性衬底；设置在柔性衬底上的多个太阳能电池单元，以及；柔性电连接件；其中，多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元通过柔性电连接件连接，以形成太阳能电池组件。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池组件包括非拉伸状态，非拉伸状态下，多个太阳能电池单元在柔性衬底上沿第一方向依次排布，太阳能电池单元与第一方向具有倾角，倾角为直角、钝角或锐角。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池组件包括拉伸状态，非拉伸状态下多个太阳能电池单元在柔性衬底上的正投影面积小于拉伸状态下多个太阳能电池单元在柔性衬底上的正投影面积。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池组件沿第一方向拉伸的过程中，相邻两个太阳能电池单元之间的间距与太阳能电池单元在柔性衬底上的正投影面积成反比。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池单元包括第一电极以及与第一电极相对设置的第二电极，多个太阳能电池单元的数量为M个，第N个太阳能电池单元的第二电极和第N+1个太阳能电池单元的第一电极通过柔性电连接件连接，其中，M、N均为正整数，且M>N。

结合第一方面，在本申请一实施例中，柔性电连接件为柔性导电薄膜；优选地，柔性导电薄膜的材料包括聚乙炔、纳米银线、碳纳米管。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池组件还包括填充层，填充层用于填充多个太阳能电池单元之间的间隙。

结合第一方面，在本申请一实施例中，太阳能电池组件还包括至少一层封装层，至少一层封装层位于多个太阳能电池单元远离柔性衬底的一侧，至少一层封装层用于隔离水氧。

结合第一方面，在本申请一实施例中，多个太阳能电池单元之间的连接方式包括串联、并联以及串并联混合连接。

第二方面，本申请一实施例提供了一种太阳能电池组件的制备方法，该方法包括：提供一柔性衬底；在柔性衬底的一侧制备多个太阳能电池单元；将多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元利用柔性电连接件连接，以形成太阳能电池组件。

本申请实施例提供了一种太阳能电池组件及其制备方法，该太阳能电池组件包括柔性衬底；设置在柔性衬底上的多个太阳能电池单元，以及柔性电连接件；其中，多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元通过柔性电连接件连接，以形成太阳能电池组件；通过设计太阳能电池单元独特的连接方式，可以实现可拉伸的太阳能电池结构，且内部的太阳能电池单元未被拉伸，有效避免了拉伸对太阳能电池单元的内部膜层造成的损伤，通过调节太阳能电池单元间的柔性电连接件的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件的可拉伸比例。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图2为本申请一个实施例中提供的太阳能电池单元的结构示意图。

图3为本申请另一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图4为本申请另一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图5为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图6为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图7为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的状态变化示意图。

图8为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。

图9所示为本申请一实施例提供的太阳能电池组件的制备方法的流程表示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为一种新型的光伏器件，经过十几年的快速发展，其组件效率大幅提高，已经可以和主流的晶硅组件相媲美。此外，钙钛矿太阳能电池还具有原材料成本低、工艺简单、兼容刚性及柔性器件、可与其他光伏技术进行叠层且能够制备效率更高的光伏器件的优点。

另一方面，除了电站应用，PSCs作为一种高效率薄膜电池，可以在柔性衬底上制备柔性电子器件，应用于光伏表面一体化(BIPV)、车载表面光伏(CIPV)、可穿戴电子、家用电子等领域。目前PSCs在柔性可弯折相关领域已经有较多报道，但在柔性可拉伸领域相关研究仍较少。

并且，PSCs中钙钛矿晶体在柔性弯折、拉伸时容易发生晶界分离以及断裂等问题，有鉴于此，本申请提供一种太阳能电池组件及其制备方法，以解决太阳能电池组件的拉伸导致电池单元损坏的问题。

图1为本申请一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图1所示，该太阳能电池组件1包括柔性衬底10、设置在柔性衬底10上的多个太阳能电池单元20以及柔性电连接件30；其中，多个太阳能电池单元20中的相邻两个太阳能电池单元20通过柔性电连接件30连接，以形成太阳能电池组件1。

太阳能电池组件1是将多个太阳能电池单元20排为一列连接而成的太阳能电池串。太阳能电池单元20，指的是具有作为可以取出电力的太阳能电池的功能的最小单位。太阳能电池单元20可以是柔性太阳能电池芯片。太阳能电池单元20具有输出电力的一对或者多对电极。太阳能电池单元20可以是将电极设置于正反面的两面电极型，也可以是仅将电极设置于背面的背面电极型。

柔性衬底10的材料可以是柔性材料，将太阳能电池单元20设计在柔性衬底10表面。柔性衬底10的材料可以是弹性高分子塑料或者橡胶衬底。柔性衬底10的材料可以包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚碳酸酯中的一种或多种。

各个相邻接的太阳能电池单元20之间，通过柔性电连接件30，使得相邻太阳能电池单元20的正电极、负电极彼此连通串接，进而构成柔性太阳能电池组件1。

太阳能电池单元20可以是以玻璃或其他刚性材料为衬底的刚性电池结构，也可以是以聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等高分子柔性材料为衬底的柔性电池结构。当太阳能电池单元20为柔性结构，且外部封装可以为薄膜封装(Thin Film Encapsolution，TFE)时，太阳能电池组件1不仅可以拉伸、还可以进行弯折、折叠，进一步缩减太阳能电池组件1占地面积，便于携带。

太阳能电池单元20包括硅太阳能电池、碲化砷、铜铟镓硒等半导体太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等不同结构的太阳能电池中的一种或多种。

图2为本申请一个实施例中提供的太阳能电池单元的结构示意图。如图2所示，太阳能电池单元20为钙钛矿太阳能电池，太阳能电池单元20的器件结构主要包括了透明电极21、第一传输层22、第一界面钝化层23、钙钛矿活性层24、第二界面钝化层25、第二传输层26和顶电极27。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，通过设计太阳能电池单元20独特的连接方式，实现可拉伸的太阳能电池结构，且内部的太阳能电池单元20未被拉伸，有效避免了拉伸对太阳能电池单元20的内部膜层造成的损伤，通过调节太阳能电池单元20间的柔性电连接件30的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件1的可拉伸比例。

在一些实施例中，太阳能电池组件1包括非拉伸状态，非拉伸状态下，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上沿第一方向依次排布，太阳能电池单元20与第一方向具有倾角，倾角为直角、钝角或锐角。

示例性地，如图1所示，非拉伸状态下，多个太阳能电池单元20垂直柔性衬底10且沿第一方向平行排布，第一方向可以为多个太阳能电池单元20的拉伸方向，即图1中的X方向，也是水平方向。多个太阳能电池单元20的拉伸方向与柔性衬底10的延展方向(即长度方向)平行。太阳能电池单元20与第一方向具有倾角，倾角为直角。

优选地，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上均匀排布，且每相邻两个太阳能电池单元20的间隔距离均相等。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，在非拉伸状态下，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上沿第一方向依次排布，太阳能电池单元20与第一方向具有倾角，倾角为直角，能够最大限度降低太阳能电池组件1在第一方向上的面积。

图3为本申请另一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图3所示，非拉伸状态下，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上沿第一方向依次排布，太阳能电池单元20与第一方向的倾角为锐角。即，太阳能电池单元20的中心线Z与第一方向(即X方向)之间形成的夹角为锐角。即，太阳能电池组件1未拉伸时，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上呈向右倾斜排布。

图4为本申请另一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图4所示，非拉伸状态下，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上沿第一方向依次排布，太阳能电池单元20与第一方向的倾角为钝角。即，太阳能电池单元20的中心线Y与第一方向(即X方向)之间形成的夹角为钝角。即，太阳能电池组件1未拉伸时，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上呈向左倾斜排布。

优选地，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上均匀排布，且每相邻两个太阳能电池单元20的间隔距离均相等。当然，多个太阳能电池单元20的间隔距离可以相等，也可以不等，可以根据实际需求设置。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，未拉伸状态下，多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上按照一定倾斜角度平行排列，以减少多个太阳能电池单元20在垂直方向上的高度，可控地降低太阳能电池组件1的水平方向占用面积，节省存储空间。在太阳能电池组件1被拉伸后，太阳能电池组件1有效面积相对增大，输出功率增大。

图5为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图5所示，虚线框中的相邻两个太阳能电池单元20通过柔性电连接件30串联连接。

图6为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图6所示，虚线框中的相邻两个太阳能电池单元20通过柔性电连接件30并联连接。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，相邻的太阳能电池单元20的电极通过柔性电连接件30相互串联或并联，以提高太阳能电池组件1的输出电压或电流。

应当理解，多个太阳能电池单元20的连接方式包括串联、并联以及串并联混合连接。在其他实施例中，太阳能电池单元20的电极间也可以根据需要混合连接，通过电路设计达到需要的电压或电流。本申请实施例对多个太阳能电池单元20的连接方式不做具体限定。

图7为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的状态变化示意图。如图7所示，太阳能电池单元20包括第一电极201以及与第一电极201相对设置的第二电极202，多个太阳能电池单元20的数量为M个，第N个太阳能电池单元20的第二电极202和第N+1个太阳能电池单元20的第一电极201通过柔性电连接件30连接，其中，M、N均为正整数，且M>N。

具体地，太阳能电池组件1包括4个太阳能电池单元20，每个太阳能电池单元20包括第一电极201和第二电极202。第一电极201和第二电极202相对设置，第一电极201为顶电极，第二电极202为底电极。从左往右的方向，第一个太阳能电池单元20的第二电极202通过柔性电连接件30连接第二个太阳能电池单元20的第一电极201，第二个太阳能电池单元20的第二电极202通过柔性电连接件30连接第三个太阳能电池单元20的第一电极201，第三个太阳能电池单元20的第二电极202通过柔性电连接件30连接第四个太阳能电池单元20的第一电极201。

具体而言，如图7所示，箭头左边为太阳能电池组件1的非拉伸状态，箭头右边为太阳能电池组件1的拉伸状态。非拉伸状态下的多个太阳能电池单元20分别为竖立的状态，拉伸后的多个太阳能电池单元20分别为平铺的状态。正是因为相邻的两个太阳能电池单元20的第一电极201和第二电极202通过柔性电连接件30连接，本申请实施例提供的太阳能电池组件，具有非拉伸状态下占地面积相对缩小；拉伸后对内部电池单元无损伤，且输出功率增大的技术效果。

在一些实施例中，太阳能电池组件1包括非拉伸状态和拉伸状态，非拉伸状态下多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积小于拉伸状态下多个太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积。

具体而言，继续如图7所示，太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积等于太阳能电池单元20的底面积。将太阳能电池组件1沿X方向横向拉伸，柔性电连接件30的长度随拉伸变化，多个太阳能电池单元20分别由竖立的状态变为平铺的状态，非拉伸状态下多个太阳能电池单元20的底面积小于拉伸状态下多个太阳能电池单元20的底面积。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，通过调节太阳能电池单元20间的柔性电连接件30的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件1的可拉伸比例。在非拉伸状态下，能够可控地降低太阳能电池组件1的水平方向占用面积，节省存储空间，便于携带。在太阳能电池组件1拉伸后，太阳能电池组件1有效面积增大，输出功率增大。

在一些实施例中，相邻两个太阳能电池单元20之间的间距与太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积成反比。

具体而言，如图7所示，多个太阳能电池单元20均匀分布，第一方向为图7中的X方向，相邻两个太阳能电池单元20之间的间距越大，太阳能电池单元20在第一方向上的宽度越大，但太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积越小。将太阳能电池组件1沿第一方向横向拉伸，非拉伸状态下柔性电连接件30在第一方向上的宽度为d1，拉伸状态下柔性电连接件30在第一方向上的宽度为d2，d1大于d2，随着宽度的减小，太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积越来越大，多个太阳能电池单元20分别由竖立的状态变为平铺的状态。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，相邻两个太阳能电池单元20之间的间距与太阳能电池单元20在柔性衬底10上的正投影面积成反比，能够可控地降低太阳能电池组件的水平方向占用面积，满足移动产品领域对柔性太阳能电池的应用需求。同时，整体太阳能电池组件1不仅可以拉伸、还可以进行弯折、折叠，在拉伸后组件有效面积增大，输出功率增大，进一步提高了电池的可靠性和适用范围。

在一些实施例中，柔性电连接件30为柔性导电薄膜；优选地，柔性导电薄膜的材料包括聚乙炔、纳米银线、碳纳米管。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，柔性电连接件30为柔性导电薄膜，通过调节太阳能电池单元20间的柔性电连接件30的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件1的可拉伸比例，实现可拉伸的太阳能电池结构，且内部太阳能电池单元20未被拉伸，有效避免了拉伸对太阳能电池单元20的内部膜层造成的损伤。

在一些实施例中，如图1、图3和图4所示，太阳能电池组件1还包括填充层40，填充层40用于填充多个太阳能电池单元20之间的间隙。

填充层40的材料可以是弹性高分子塑料或者橡胶填充物。填充层40也可以是其他材料，本申请对此不做限定。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，将填充层40填充多个太阳能电池单元20之间的间隙，太阳能电池单元20之间的间隙被填充层40填满，可以对多个太阳能电池单元20起到固定作用，防止太阳能电池单元20变形。

在一些实施例中，太阳能电池组件1还包括至少一层封装层，至少一层封装层位于多个太阳能电池单元20远离柔性衬底10的一侧，至少一层封装层用于隔离水氧。

具体而言，多个太阳能电池单元20采用的是薄膜封装(TFE)，其包括无机封装层、有机封装层和无机封装层。

图8为本申请又一个实施例中提供的太阳能电池组件的结构示意图。如图8所示，太阳能电池组件1还包括三层封装层，第一封装层50位于多个太阳能电池单元20远离柔性衬底10的一侧，第二封装层60位于第一封装层50远离柔性衬底10的一侧，第三封装层70位于第二封装层60远离第一封装层50的一侧。第二封装层60的上表面可为平坦的面，第二封装层60可以为第三封装层70提供平坦的面。第三封装层70可阻断外部的气体、水分等杂质。

示例性地，第一封装层50可以为无机封装层，第二封装层60可以为有机封装层，第三封装层70可以为无机封装层。

示例性地，第一封装层50和第三封装层70的材料包括硅氮氧化物，通过等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhancedchemical Vapor Deposition，PECVD)形成。

示例性地，第一封装层50和第三封装层70的材料包括丙烯酸类材料，通过喷墨打印(IJP)制备。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，采用TFE封装，使得太阳能电池组件1具有柔性可弯折、折叠的性能，进一步缩小未拉伸状态的占地面积，便于携带。

图9所示为本申请一实施例提供的太阳能电池组件的制备方法的流程表示意图。如图9所示，该太阳能电池组件的制备方法包括如下步骤。

步骤900，提供一柔性衬底。

步骤901，在柔性衬底的一侧制备多个太阳能电池单元。

步骤902，将多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元利用柔性电连接件连接，以形成太阳能电池组件。

本申请实施例提供的太阳能电池组件的制备方法，通过设计太阳能电池单元独特的连接方式，可以实现可拉伸的太阳能电池结构，且内部的太阳能电池单元未被拉伸，有效避免了拉伸对太阳能电池单元的内部膜层造成的损伤，通过调节太阳能电池单元间的柔性电连接件的长度，可以便捷地调节太阳能电池组件的可拉伸比例。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：

柔性衬底；

设置在所述柔性衬底上的多个太阳能电池单元，以及；

柔性电连接件；

其中，所述多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元通过所述柔性电连接件电连接，以形成所述太阳能电池组件。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件包括非拉伸状态，所述非拉伸状态下，所述多个太阳能电池单元在所述柔性衬底上沿第一方向依次排布，所述太阳能电池单元与第一方向具有倾角，所述倾角为直角、钝角或锐角。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件包括拉伸状态，所述非拉伸状态下所述多个太阳能电池单元在所述柔性衬底上的正投影面积小于所述拉伸状态下所述多个太阳能电池单元在所述柔性衬底上的正投影面积。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件沿所述第一方向拉伸的过程中，所述相邻两个太阳能电池单元之间的间距与所述太阳能电池单元在所述柔性衬底上的正投影面积成反比。

5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池单元包括第一电极以及与所述第一电极相对设置的第二电极，所述多个太阳能电池单元的数量为M个，第N个太阳能电池单元的第二电极和第N+1个太阳能电池单元的第一电极通过所述柔性电连接件电连接，其中，M、N均为正整数，且M>N。

6.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述柔性电连接件为柔性导电薄膜；

优选地，所述柔性导电薄膜的材料包括聚乙炔、纳米银线、碳纳米管。

7.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件还包括填充层，所述填充层用于填充所述多个太阳能电池单元之间的间隙。

8.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件还包括至少一层封装层，所述至少一层封装层位于所述多个太阳能电池单元远离所述柔性衬底的一侧，所述至少一层封装层用于隔离水氧。

9.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述多个太阳能电池单元之间的连接方式包括串联、并联以及串并联混合连接。

10.一种太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，包括：

提供一柔性衬底；

在所述柔性衬底的一侧制备多个太阳能电池单元；

将所述多个太阳能电池单元中的相邻两个太阳能电池单元利用柔性电连接件连接，以形成所述太阳能电池组件。