鈣鈦礦電池封裝技術邁向商業化

2020-09-05 小顆粒大世界

介紹

最近，澳大利亞高級光電中心的石磊博士和雪梨大學的安妮塔何-貝利教授用氣相色譜-質譜聯用技術研究了鈣鈦礦封裝太陽能電池系統。發現聚合物-玻璃封裝技術可以形成一個絕對密封的系統，大大延長了鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命，大大推進了太陽能電池在鈣鈦礦的商業應用。這項工作發表在《科學》雜誌上。因此，西班牙薩拉戈薩大學的埃米利奧j華雷斯-佩雷斯和瑪爾塔哈羅發表了一篇題為《鈣鈦礦太陽能電池在科學上向前邁出了一步》的評論文章。

背景介紹

作為第三代太陽能電池中最耀眼的明星，鈣鈦礦太陽能電池(651，180)的能效在短短十年內從3.8%提高到25.2%，由於其製造成本低，預計將在脫碳能源領域發揮巨大作用。

目前，鈣鈦礦太陽能有兩種常見的電池封裝技術：

第一代封裝技術是通過使用蒸發金屬噴射器和焊接金屬帶將電流從電池傳導到外部，並密封金屬帶的邊緣，裝置位於封閉空腔的中心。

第二代封裝技術是用透明的氧化銦錫電極將鈣鈦礦電極與金屬電極分開，以保證電極與印刷電路板之間有一定的橫向間隙。封裝的一面直接是ITO電極，可以更好的密封整個器件。兩者都是「封邊」包裝技術。

圖1第一代包裝技術和第二代包裝技術的俯視圖、側視圖和物理圖


包裝材料

包裝中使用的聚合物材料通常具有優異的絕緣性、熱塑性和一定的機械強度。緻密的包裝層能有效隔離空氣中的水和氧，並能以低成本實現大面積包裝。常見的包裝材料包括聚異丁烯、聚乙烯、熱塑性聚氨酯、乙烯醋酸乙烯酯和環化全氟聚合物。

圖2製備聚合物封裝層的幾種操作條件


「毯蓋」包裝技術

「毯蓋」包裝技術，即整個裝置用聚合物包裹，使裝置與聚合物緊密接觸，並且內部沒有空腔。有趣的是，作者用蓋玻片覆蓋封裝電池的表面，這可以有效地防止由鈣鈦礦分解產生的CH3Br和NH3的溢出，但是單獨的聚合物封裝不能達到這種效果。該聚合物不僅作為水蒸氣屏障，而且作為鈣鈦礦太陽能電池和蓋玻片之間的強粘合劑，這進一步增強了系統的密封性能。

圖3「毯子蓋」包裝和「邊緣密封」包裝的橫截面示意圖


封裝技術

作者用聚異丁烯和聚烯烴封裝了鈣鈦礦太陽能電池，並進行了溼熱冷凍試驗。溫度範圍為-40~80。結果表明，採用這種封裝技術的電池在工作1800小時後沒有退化，遠遠超過了測試標準中提出的1000小時的要求。經過測試，電池的短路電流密度和開路電壓保持穩定，這在含有甲胺離子的鈣鈦礦太陽能電池中很常見。

這項工作表明，通過使用簡單和低成本的聚異丁烯或聚烯烴基聚合物-玻璃組合的封裝技術，有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有優異的耐久性。

值得注意的是，高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池總是避免了甲基銨離子的低熱穩定性，但是這些電池能夠經受住最嚴重的冷凍溼度測試。聚合物玻璃「毯蓋」封裝技術可以實現封裝的絕對密封，形成穩定的工作環境，防止分解產物從系統中溢出，大大提高鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命。這項工作為鈣鈦礦，設計更穩定的太陽能電池提供了新的思路，極大地促進了太陽能電池在鈣鈦礦的商業應用

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