王海清，王 靜，伍 洋，蔡勝勝，萬(wàn)莉莎

（四川東樹新材料有限公司，四川德陽(yáng) 618000）

引言

由于制造工藝簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高，光伏技術(shù)領(lǐng)域的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池引起了產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，充分展現(xiàn)了其良好的市場(chǎng)前景和巨大的潛在價(jià)值[1]。它被定位為一項(xiàng)具有實(shí)現(xiàn)低成本高潛力的核心技術(shù)。然而，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和設(shè)備尺寸的小型化是其實(shí)現(xiàn)高效商業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。盡管目前在鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池柔性組件的制造方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但為了制造出更高效的鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池柔性組件，調(diào)節(jié)其電壓和輸出，并將其連接到光伏逆變器以進(jìn)行發(fā)電和并網(wǎng)，高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的柔性模塊需要串聯(lián)和并聯(lián)，并完成進(jìn)一步包裝[2]。

本研究提供了一種用于高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的柔性組件的封裝思路，基本技術(shù)路線是多個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模塊在底層基板上排列成矩陣，各自的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件周圍的密封材料覆蓋鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件的透明襯底，透明襯底的底面是透明導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層與密封材料密封連接，并將每個(gè)鈣鈦礦太陽(yáng)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(nèi)[3]。

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

1 高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)電池柔性組件

通常情況下，高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池柔性模塊的封裝技術(shù)與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池模塊的封裝結(jié)構(gòu)相似。也就是說，串聯(lián)或平行矩陣的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件被設(shè)置在一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(bǔ)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(guān)研究描述了一種冷卻劑太陽(yáng)能模塊及其封裝方法，其中幾個(gè)冷卻劑太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)冷卻劑太陽(yáng)能模塊的氣密性和保護(hù)[7]。太陽(yáng)能組件通常包含一定厚度的透明基板，這種封裝結(jié)構(gòu)需要具有非常高的封裝性能的封裝材料，以便將幾個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)的致冷劑太陽(yáng)能組件作為一個(gè)整體進(jìn)行密封[8]。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池一般需要厚而寬的填充層材料，以達(dá)到理想的封裝效果。此外，在這種封裝結(jié)構(gòu)中，整個(gè)串聯(lián)式平行晶體硅太陽(yáng)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(gè)組件的發(fā)電性能[9]。

2 高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)電池柔性組件的封裝技術(shù)

每個(gè)電池的正負(fù)極都設(shè)置在電池四面的密封材料之外，允許相鄰電池之間進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)，并對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行單獨(dú)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(shí)獨(dú)立拆卸和更換。整體密封性實(shí)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(shí)際上證實(shí)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(dǎo)電層的底面上分布有導(dǎo)電網(wǎng)格線，兩個(gè)位于透明導(dǎo)電層上并與導(dǎo)電網(wǎng)格線相連的一般電極，以及與相應(yīng)的一般電極相連的連接線。通過電性連接各個(gè)碳化硅太陽(yáng)能模塊，導(dǎo)電性能得到改善[13]。多個(gè)鈣鈦礦太陽(yáng)能組件通過連接線串聯(lián)和平行連接形成了一個(gè)總的電池模塊[14]。

底部基材上設(shè)有供連接導(dǎo)體穿過的通孔，這便于將連接導(dǎo)體引向外部，并將其連接到接線盒、負(fù)載等[15]。此外，鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池模塊從下到上依次堆疊，得到一個(gè)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(jìn)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(yáng)能電池組件選自可在約85℃下溶解的材料，層壓機(jī)加熱板設(shè)置為80℃～110℃的加熱溫度，或高效鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)能電池組件的加熱溫度被設(shè)定為160℃或更高。在這項(xiàng)研究中，選擇了層壓工藝進(jìn)行封裝，并為每種熱平滑制冷劑設(shè)置了不同的層壓溫度關(guān)鍵參數(shù)，以免影響層壓后的電池性能[18]。

層壓機(jī)加熱板排空時(shí)間設(shè)定為3 min～6 min，層壓機(jī)加熱板層壓時(shí)間設(shè)定為8 min～15 min，壓力設(shè)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(dá)到了預(yù)測(cè)的密封性實(shí)用效果[19,20]。

3 結(jié)論

（1）在高效鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)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(gè)鈦酸鈣電池模塊在使用過程中被損壞，影響整個(gè)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(jié)構(gòu)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。