钙钛矿光伏电池封装材料的制备与性能研究

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2023.05.009

石油化工高等学校学报 ›› 2023, Vol. 36 ›› Issue (5): 67-72.DOI: 10.12422/j.issn.1006-396X.2023.05.009

钙钛矿光伏电池封装材料的制备与性能研究

赵鹤鸣¹(), 陈丽萍², 魏奇¹, 于龙娇¹, 杨健松¹, 石富强¹, 王世伟¹()

^1.长春工业大学化学工程学院，吉林长春 130012
^2.辽宁省有色地质一〇三队有限责任公司，辽宁丹东 118000

收稿日期:2023-03-19 修回日期:2023-07-20 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 王世伟
作者简介:赵鹤鸣（2001⁃），男，硕士研究生，从事钙钛矿光伏电池封装材料方面的研究；E⁃mail：zhaohemingzhm@163.com。
基金资助:
吉林省科技发展计划项目(YDZJ202201ZYTS557);长春市科技发展计划项目(21ZY39);国家级大学生创新创业训练项目(202210190028)

Preparation and Properties of Perovskite Photovoltaic Cell Encapsulation Materials

Heming ZHAO¹(), Liping CHEN², Qi WEI¹, Longjiao YU¹, Jiansong YANG¹, Fuqiang SHI¹, Shiwei WANG¹()

^1.School of Chemistry and Engineering，Changchun University of Technology，Changchun Jilin 130012，China
^2.Liaoning Provincial Nonferrous Geology 103 Team Co. ，Ltd. ，Dandong Liaoning 118000，China

Received:2023-03-19 Revised:2023-07-20 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Shiwei WANG

摘要/Abstract

摘要：

钙钛矿光伏电池具有光电转换效率高、可柔性加工等优势，被认为是最有应用前景的第三代光伏产品。传统封装材料的高温封装过程很难满足钙钛矿光伏组件高性能化的需求。以丙烯酸酯类单体为原料，通过自由基共聚合工艺，成功合成了一种适合钙钛矿光伏电池封装的胶膜材料；利用红外光谱、拉力试验机等对材料的结构、透光率和黏结特性等进行了表征。结果表明，该胶膜材料非常适合钙钛矿光伏电池的封装，可以在80 ℃实现对钙钛矿太阳能电池（PSCs）和外层玻璃的有效黏结；封装后PSCs光电转换效率可达20.59%，并且封装后的PSCs器件表现出良好的抗冲击性能。

关键词: 自由基聚合, 钙钛矿光伏电池, 光伏建筑一体化, 封装

Abstract:

Perovskite photovoltaic cells are considered as the most promising third generation photovoltaic products due to their high photoelectric conversion efficiency and flexible processing while the high temperature encapsulation process of traditional encapsulation materials can hardly meet the demand of high performance of perovskite photovoltaic modules.In this paper, an adhesive film material by free radical co?polymerization process was successfully synthesized.Light transmission and bonding are characterized by infrared spectroscopy and tensile testing machine,confirming that the polymer is very suitable for chalcogenide photovoltaic cell encapsulation,and that the polymer can be effectively adhered to the chalcogenide solar cell and the outer layer of the glass at 80 ℃.The polymer is suitable for the encapsulation of chalcogenide photovoltaic cells.The photoelectric conversion efficiency of the encapsulated PSCs can reach 20.59%,and the encapsulated PSCs devices show good impact resistance.

Key words: Free radical polymerization, Perovskite photovoltaic cell, Photovoltaic building integrated, Encapsulation

中图分类号:

TQ152

赵鹤鸣, 陈丽萍, 魏奇, 于龙娇, 杨健松, 石富强, 王世伟. 钙钛矿光伏电池封装材料的制备与性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(5): 67-72.

Heming ZHAO, Liping CHEN, Qi WEI, Longjiao YU, Jiansong YANG, Fuqiang SHI, Shiwei WANG. Preparation and Properties of Perovskite Photovoltaic Cell Encapsulation Materials[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2023, 36(5): 67-72.

图/表 9

图1 钙钛矿电池封装结构注：Spiro?OMeTAD代表2,2',7,7'?四[N,N?二(4?甲氧基苯基)氨基]?9,9'?螺二芴。

Fig.1 Package structure of perovskite cells

图2 样品的黏接剪切强度测试示意图注：X代表聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、碘化铅（PbI?）、窄带隙无甲铵钙钛矿（PVK）、金（Au）、玻璃（Glass）、Spiro?OMeTAD。

Fig.2 Scheme of the adhesive shear strength test

图3 PAA?MA?BA的FT?IR谱图（a） 1 000~4 000 cm-1 （b） 1 560~1 680 cm-1

Fig.3 FT?IR spectra of PAA?MA?BA

图4 不同AA质量分数的PAA?MA?BA聚合物透光率

Fig.4 Light transmittance of PAA?MA?BA polymer with different AA mass fraction

图5 不同AA质量分数的PAA?MA?BA聚合物黏接玻璃的应力?位移和剪切强度曲线

Fig.5 Shear strength curves and stress?displacement curves of PAA?MA?BA polymer bonding glass with different AA mass fraction

图6 AA质量分数为7%的PAA?MA?BA聚合物与钙钛矿各层材料剪切强度

Fig.6 Shear strength of PAA?MA?BA polymer with mass fraction 7% AA and perovskite layers

图7 封装前后钙钛矿光伏电池J?V曲线

Fig.7 J?V curves of perovskite solar cells before and after encapsulation

表1 钙钛矿光伏电池光伏性能参数

Table 1 Photovoltaic performance parameters of perovskite solar cells

PSCs	J_sc/(mA $⋅$ cm^-2)	V_oc/V	F	P_CE/%
封装前	24.28	1.15	0.79	22.06
封装后	24.51	1.12	0.75	20.59

表1 钙钛矿光伏电池光伏性能参数

Table 1 Photovoltaic performance parameters of perovskite solar cells

PSCs	J_sc/(mA $⋅$ cm^-2)	V_oc/V	F	P_CE/%
封装前	24.28	1.15	0.79	22.06
封装后	24.51	1.12	0.75	20.59

图8 抗冲击测试结果

Fig.8 Impact resistance test results

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钙钛矿光伏电池封装材料的制备与性能研究

Preparation and Properties of Perovskite Photovoltaic Cell Encapsulation Materials

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