高效鈣鈦礦薄膜太陽電池柔性組件及封裝技術方法

王海清，王 靜，伍 洋，蔡勝勝，萬莉莎

（四川東樹新材料有限公司，四川德陽 618000）

引言

由于制造工藝簡單、轉換效率高，光伏技術領域的鈣鈦礦太陽能電池引起了產業(yè)界的關注，充分展現(xiàn)了其良好的市場前景和巨大的潛在價值[1]。它被定位為一項具有實現(xiàn)低成本高潛力的核心技術。然而，鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和設備尺寸的小型化是其實現(xiàn)高效商業(yè)化的關鍵挑戰(zhàn)。盡管目前在鈣鈦礦薄膜太陽能電池柔性組件的制造方面取得了相當大的進展，但為了制造出更高效的鈣鈦礦薄膜太陽能電池柔性組件，調節(jié)其電壓和輸出，并將其連接到光伏逆變器以進行發(fā)電和并網(wǎng)，高效鈣鈦礦薄膜太陽能電池的柔性模塊需要串聯(lián)和并聯(lián)，并完成進一步包裝[2]。

本研究提供了一種用于高效鈣鈦礦薄膜太陽能電池的柔性組件的封裝思路，基本技術路線是多個串聯(lián)和并聯(lián)的鈣鈦礦太陽能電池模塊在底層基板上排列成矩陣，各自的鈣鈦礦太陽能電池組件周圍的密封材料覆蓋鈣鈦礦太陽能電池組件的透明襯底，透明襯底的底面是透明導電層，該導電層與密封材料密封連接，并將每個鈣鈦礦太陽能電池模塊封裝在由底部基材、透明基材和密封材料圍成的密封空間內[3]。

高效鈣鈦礦太陽能電池具有一個基板。多個串聯(lián)和并聯(lián)的鈣鈦礦太陽能電池模塊以矩陣形式排列在基板上，每個鈣鈦礦太陽能電池模塊周圍有封裝材料，以及覆蓋鈣鈦礦太陽能電池模塊的透明基板[4,5]。

1 高效鈣鈦礦薄膜太陽電池柔性組件

通常情況下，高效鈣鈦礦薄膜太陽能電池柔性模塊的封裝技術與傳統(tǒng)太陽能電池模塊的封裝結構相似。也就是說，串聯(lián)或平行矩陣的鈣鈦礦太陽能電池組件被設置在一個夾層結構中，該結構具有頂部和底部蓋板（通常是玻璃或玻璃+背板）和填充膠膜（通常也是玻璃）[6]。由于夾層結構中上層和下層基板的玻璃尺寸大于電池FTO的玻璃尺寸，有必要用膠膜填充周圍區(qū)域以補償其厚度。為了保證一定的封裝效果，薄膜的寬度（從上下基片到電池邊緣的距離）要做得更寬。相關研究描述了一種冷卻劑太陽能模塊及其封裝方法，其中幾個冷卻劑太陽能模塊通過連接層和填充層連接到頂部和底部的蓋子上，以實現(xiàn)冷卻劑太陽能模塊的氣密性和保護[7]。太陽能組件通常包含一定厚度的透明基板，這種封裝結構需要具有非常高的封裝性能的封裝材料，以便將幾個串聯(lián)和并聯(lián)的致冷劑太陽能組件作為一個整體進行密封[8]。鈣鈦礦太陽能電池一般需要厚而寬的填充層材料，以達到理想的封裝效果。此外，在這種封裝結構中，整個串聯(lián)式平行晶體硅太陽能電池被上下蓋板密封，如果其中一塊電池板損壞，更換難度較大，影響整個組件的發(fā)電性能[9]。

2 高效鈣鈦礦薄膜太陽電池柔性組件的封裝技術

每個電池的正負極都設置在電池四面的密封材料之外，允許相鄰電池之間進行串聯(lián)和并聯(lián)，并對每個電池進行單獨密封，將所有電池密封在上下板的中央，并允許在出現(xiàn)共同故障時獨立拆卸和更換。整體密封性實際上比較好[10]。

在密封過程中，充電層的作用是將全透明的基片與組件粘合在一起，這實際上證實了密封的有效性，也提高了封裝水平[11]。通過在填充層和周圍的封裝膠之間提供2 mm～5 mm的間隙，以及在填充層底部和周圍封裝膠底部之間提供0.1 mm～0.3 mm的高度差，可以防止填充層從封裝膠中溢出，影響密封效果[12]。在透明導電層的底面上分布有導電網(wǎng)格線，兩個位于透明導電層上并與導電網(wǎng)格線相連的一般電極，以及與相應的一般電極相連的連接線。通過電性連接各個碳化硅太陽能模塊，導電性能得到改善[13]。多個鈣鈦礦太陽能組件通過連接線串聯(lián)和平行連接形成了一個總的電池模塊[14]。

底部基材上設有供連接導體穿過的通孔，這便于將連接導體引向外部，并將其連接到接線盒、負載等[15]。此外，鈣鈦礦太陽能電池組件從下到上包括空穴阻擋層、電子元素傳輸層、鈣鈦礦消化吸收層、空穴傳輸層和反向電位層。

本研究描述了高效鈣鈦礦薄膜太陽能電池柔性模塊的封裝方法，包括以下過程：①將下層基板、外圍封裝劑和高效鈣鈦礦太陽能電池模塊從下到上依次堆疊，得到一個堆疊體電池；②加熱[16]；③將層壓電池置于層壓加熱板中并在層壓加熱板上進行加熱；④從層壓加熱板上移走封裝的電池模組；⑤冷卻。

此外，高效鈣鈦礦太陽能電池組件選自可在約85℃下溶解的材料，層壓機加熱板設置為80℃～110℃的加熱溫度，或高效鈣鈦礦太陽能電池組件選自可在約150℃下溶解的材料，且加熱溫度為110℃[17]。高效鈣鈦礦太陽能電池組件的加熱溫度被設定為160℃或更高。在這項研究中，選擇了層壓工藝進行封裝，并為每種熱平滑制冷劑設置了不同的層壓溫度關鍵參數(shù)，以免影響層壓后的電池性能[18]。

層壓機加熱板排空時間設定為3 min～6 min，層壓機加熱板層壓時間設定為8 min～15 min，壓力設定為30 kPa～100 kPa，在這些條件下，添加劑層充分填充了電池組件與下層基材之間的間隙，并牢固地粘附在基材上，沒有氣泡或脫層，達到了預測的密封性實用效果[19,20]。

3 結論

（1）在高效鈣鈦礦薄膜太陽能電池中，本研究提供了易于更換單電池模塊的柔性模塊，解決了單個鈦酸鈣電池模塊在使用過程中被損壞，影響整個模塊發(fā)電性能的問題。

（2）本研究提供的鈣鈦礦電池模塊解決了傳統(tǒng)模塊結構中填充層材料的厚度和寬度問題，并將模塊包裹起來，具有較好的封裝。