一种钙钛矿光伏组件及其制备方法和应用与流程

本发明属于钙钛矿电池，具体涉及一种钙钛矿光伏组件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、业内悉知，钙钛矿太阳能电池凭借其较高的光电转换效率、较低的成本以及使用材料环保等优点成为了一种备受欢迎的新型的太阳能电池。但是，钙钛矿太阳能电池在光照条件下的稳定性仍然是需要面临的重大挑战。

2、现有钙钛矿太阳能电池，由于钙钛矿材料内部存在很多缺陷，极易吸附环境中的水氧，在光照条件下会加速钙钛矿的离子迁移，最终导致相分离。由此可见，隔绝水氧，对于提高钙钛矿光伏组件的稳定性以及延长使用寿命来说至关重要。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钙钛矿光伏组件及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种钙钛矿光伏组件，包括层叠在钙钛矿太阳能电池之上的封装结构，所述封装结构包括多层封装层，相邻封装层之间设有平坦层，所述平坦层包括可固化胶以及干燥剂，且两者的水含量均小于100ppm。

4、具体地，所述干燥剂掺杂在所述可固化胶中，并进一步限定干燥剂在所述平坦层中的重量占比为0.01％～1％。这是因为：若干燥剂的含量过高，平坦层成膜后容易出现开裂、韧性变差的问题，若干燥剂的含量过低，则存在抵挡水汽的能力较差的问题。

5、具体地，所述干燥剂为金属氧化物系干燥剂；所述金属氧化物系干燥剂的平均粒径为10μm以下；进一步优选为0.01μm～1μm，若平均粒径小于0.01μm，则干燥剂颗粒的飞散的制造成本会提高。

6、具体地，所述金属氧化物系干燥剂为氧化钡(bao)粒子、氧化钙(cao)粒子、氧化锶(sro)粒子、氧化镁(mgo)粒子、分子筛等粉末状金属氧化物的至少一种。

7、进一步地，所述金属氧化物系干燥剂包含氧化钙粒子和氧化锶粒子，且氧化锶粒子的质量占氧化锶粒子和氧化钙粒子的总质量的88％～95％。本技术发明人从降低封装体的水汽透过率的方面考虑，氧化锶粒子的质量比例在88％以上，从提高平坦层的平坦度考虑，氧化锶粒子的质量比例在95％以下。

8、其中，氧化钙粒子是包含氧化钙(cao)作为主成分的粒子，氧化锶粒子是包含氧化锶(sro)作为主成分的粒子。具体地，氧化钙(cao)粒子通常以氧化钙(cao)粒子的质量占比为基准，包含80％以上的氧化钙(cao)；氧化锶(sro)粒子通常以氧化锶(sro)粒子的质量为基准，包含80％以上的氧化锶(sro)。

9、需要说明的是，本技术中金属氧化物系干燥剂的平均粒径是指用动态光散射式粒径分析仪测定的体积分布的中间值。该平均粒径是使用将氧化物粒子分散于规定的分散介质中并进行调整后的分散液来进行测定的值。

10、其中，在对钙钛矿太阳能电池组件进行封装用平坦层进行膜化时，金属氧化物系干燥剂优选与其膜厚相比足够小，通过如此调整粒径，进而降低对钙钛矿太阳能电池造成损害的可能性。

11、具体地，所述可固化胶可以为环氧树脂、聚丙烯酸酯等，可固化胶可通过光固化、热固化或者光热固化形成平坦层，由于可固化胶在液态下有良好的流动性，且可固化胶可选择范围广，因此，可采用树脂制成平坦层。进一步，所述可固化胶的聚合性成分可以包含具有1个以上的聚合性不饱和基团的聚合性化合物。

12、进一步，所述可固化胶为具有硅氧烷链及与聚硅氧烷链键合的、且具有聚合性不饱和基团的取代基的硅酮化合物。

13、进一步，所述硅酮化合物可由下式(1)表示：

14、

15、其中，r1和r2可各自独立地为氢或甲基；r3和r4可各自独立地为烷基或芳基；r5和r6可各自独立地为经取代或未经取代地c1～c30亚烷基。

16、进一步，所述硅酮化合物可选用结构式为下式(2)的化合物，cas号：1581235-15-5。

17、

18、进一步，所述硅酮化合物的含量以可固化胶的质量为基准，例如可以为可固化胶质量的5％～50％。

19、具体地，所述平坦层的水汽渗透率wvtr＜10×10--6g/m2/day，例如平坦层的水汽透过率可以为2×10-6g/m2/day、5×10-6g/m2/day、8×10-6g/m2/day等。

20、具体地，所述平坦层的厚度为0.3μm～20μm，需要说明的是，所述平坦层的厚度可以根据实际的需求进行适应性制备，可选厚度为0.3μm、2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm等等，不再一一列举。

21、具体地，所述封装层均采用致密性无机材料制备，所述致密性无机材料可为氧化硅(six1oy1)、氮化硅(six2ny2)、氮氧化硅(siox3ny3)、氧化锌(zno)、三氧化锑(sb2o3)、氧化铝(alx4oy4)、氧化铟(in2o3)或氧化锡(sno2)中的至少一种，其中，x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4均为1～5范围内的整数。

22、可选地，所述封装层包括第一封装层和第二封装层，，所述第一封装层和所述第二封装层的厚度各自独立地为5nm～10μm。本技术采用厚度为5nm～10μm的封装层与厚度为0.3μm～20μm的平坦层结合组成的封装结构，具有厚度小、阻隔水氧效果佳的优点，增加了钙钛矿太阳能电池封装结构的韧性，有助于实现钙钛矿太阳能电池的柔性封装。

23、需要说明的是，所述第一封装层和所述第二封装层的厚度均可以根据实际的需求进行适应性制备，可选厚度为5nm、50nm、100nm、500nm、1μm、3μm、5μm、7μm、8μm、9μm、10μm等等，不再一一列举。

24、进一步，所述第一封装层和所述第二封装层的制备可通过以下等离子体工艺或真空工艺沉积，例如溅射、化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、蒸发、升华、电子回旋共振-等离子体增强化学气相沉积(ecr-pecvd)及其组合。

25、另一方面，本发明还提供了一种钙钛矿光伏组件的制备方法，该钙钛矿光伏组件包括两层封装层其步骤主要包括：

26、步骤一、制备钙钛矿太阳能电池

27、步骤二、制备第一层封装层

28、在钙钛矿太阳能电池的上方通过cvd或pecvd将第一层封装层的材料涂装在钙钛矿太阳能电池组件表面形成第一层封装层；

29、步骤三、制备平坦层

30、将平坦层的材料通过打印或涂胶工艺涂覆在第一层封装层的表面，然后经过光和/或热固化，形成平坦层；

31、步骤四、制备第二层封装层

32、通过cvd或pecvd将第二层封装层的材料涂装在平坦层表面形成第二层封装层。

33、具体地，所述钙钛矿太阳能电池沿入射光方向包括透明基底、第一电极层、第一传输层、钙钛矿层、第二传输层和第二电极层。

34、需要说明的是，本发明对透明基底没有特别的限制，可以使用本领域公知的任何导电基底，只要能实现本发明的目的即可。例如，透明基底可以包括柔性透明基底或刚性透明基底；其中，柔性透明基底可以为聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚酰亚胺(pi)、透明聚酰亚胺(cpi)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚氨酯(pu)中至少一种；刚性透明基底可以为刚性玻璃基底。

35、进一步，所述第一电极层包括金属氧化物电极层，优选包括ito层或fto层。

36、进一步，所述第二电极层包括半透明电极层或透明电极层中的任意一种或至少两种的组合，优选为，金属电极层或碳电极层中的任意一种或至少两种的组合；更进一步优选为，石墨烯电极层、碳纳米管电极层、导电聚合物电极层、金属线电极层中的任意一种或至少两种的组合。其中，所述金属线电极层优选为au线电极层、ag线电极层、cu线电极层、al线电极层中的任意一种。并且，本发明对金属极层的厚度没有特别限制，只要能达到本发明的目的即可，例如可以为50nm～100nm，电极层厚度在此范围内可以获得更好的效果。当然，本领域技术人员可以根据需要选择合适的电极层厚度，可选厚度为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm等等，不再一一列举。本发明对金属电极的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用热蒸发法。

37、优选地，所述第一传输层为空穴传输层，所述第二传输层为电子传输层；或者，所述第一传输层为电子传输层，所述第二传输层为空穴传输层。

38、优选地，所述第一传输层和钙钛矿吸光层之间设置有第一界面修饰层。优选地，所述第二传输层和钙钛矿吸光层之间设置有第二界面修饰层。优选地，所述第一界面修饰层和第二界面修饰层均各自独立地选自电子阻挡层、空穴阻挡层和界面钝化层。

39、本技术对空穴传输层没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如可以为氧化镍、掺杂氧化镍、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、pedot:pss或者spiro-ometad制备的层状结构中的任一种；并且，本发明对空穴传输层的厚度没有特别限制，只要能达到本发明的目的即可，例如可以为10nm～100nm；而且本发明对空穴传输层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、狭缝涂布法或气相法等，在本技术的一些实施方案中，空穴传输层的制备方法为狭缝涂布法。

40、本发明对电子传输层的材料没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如可以选自二氧化钛(tio2)电子传输层、二氧化锡(sno2)电子传输层，富勒烯类(c60)电子传输层、或者氧化锌(zno)电子传输层等；并且，本发明对电子传输层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用真空蒸镀法、溶液旋涂法、溶液刮涂法、溶液喷涂法、狭缝涂布法或水热生长法等，在本发明的一些实施方案中，电子传输层的制备方法为狭缝涂布法。

41、本技术对钙钛矿层没有特别限制，可以是本领域技术人员公知的材料或其组合，例如钙钛矿层中包括具有abo3型结构的钙钛矿材料，钙钛矿材料选自ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3、ch3nh3pbi2cl、ch3nh3pb(i1-xbrx)3中的任一种，其中，0≤x≤1。本发明对钙钛矿层的制备工艺没有特别限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、狭缝涂布法或蒸汽法等，在本发明的一些实施方案中，钙钛矿吸收层的制备方法为狭缝涂布法。

42、此外，本发明还提供了上述钙钛矿光伏组件在太阳能电池中的应用。

43、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

44、1)本发明通过在相邻封装层之间设置平坦层，使相邻的两层封装层(例如第一层封装层和第二层封装层)包裹住平坦层，可避免水氧从第二封装层与钙钛矿太阳能电池基板的界面侵入从而影响钙钛矿光伏组件的封装效果，同时采用水含量小于100ppm的可固化胶以及干燥剂形成的平坦层，可延长水氧进入钙钛矿电池内部的途径，从而提高封装效果。

45、2)本发明提供的封装结构采用成熟工艺形成，可使得平坦层中游离的水、氧成分被干燥剂吸收，避免向其他功能层或器件扩散，减少环氧因素影响，增强钙钛矿太阳能电池的稳定性。

46、3)本发明中的干燥剂与可固化胶之间具有良好的相容性，干燥剂可长期稳定均匀地分布于可固化胶中，且两者形成的平坦层不仅可以有效阻挡水氧侵入到钙钛矿光伏组件，同时也可以缓解封装层的应力，提高钙钛矿光伏组件的稳定性。

47、4)本发明中平坦层的厚度为0.3μm～10μm，并采用纳米级的封装层结构对平坦层进行包裹，使钙钛矿光伏组件的厚度大幅度下降，增加了钙钛矿太阳能电池封装结构的韧性，更加适用于钙钛矿太阳能电池的柔性封装。

48、5)本发明制备工艺简单，可操作性强，适用于工业化生产。