可印刷钙钛矿太阳能电池封装工艺及稳定性研究

发布时间：2020-08-21 00:10

【摘要】：钙钛矿太阳能电池自有报道以来,其光电转化效率得到了飞速的提升,目前实验室器件的光电转化效率已经高达24.2%,可以与商业化的太阳能电池技术相竞争。与此同时,其实验室器件的稳定性研究也取得了诸多进展。为了进一步探索钙钛矿太阳能电池在户外实际工作环境中的稳定性,本文提出了一种采用热熔胶薄膜封装钙钛矿太阳能电池的方法并在户外条件下完成了超过2000小时的稳定性测试,主要内容包括:(1)介绍了基于三层介孔膜和印刷工艺制备的可印刷钙钛矿太阳能电池的制备工艺,并研究了可印刷介观钙钛矿太阳能电池在未封装条件下的稳定性,主要研究了空气中水分对器件材料降解的影响。(2)对比多种封装结构、封装材料以及封装工艺对器件性能的影响,筛选出采用全封装式结构和聚氨酯热熔胶薄膜对可印刷介观钙钛矿太阳能电池的封装方法。(3)基于采用聚氨酯薄膜封装的可印刷介观钙钛矿太阳能电池,完成了多种条件下的稳定性测试,主要包括热稳定性测测试(85℃)、冷热循环测试(-40~85℃)以及户外稳定性测试。其中,封装的大面积(100 cm~2)可印刷介观钙钛矿太阳能电池模组,在户外工作了2136个小时后,能保持初始效率的97.52%。本文通过对可印刷钙钛矿太阳能电池的封装工艺及其稳定性进行研究,提供了一种能够提高器件户外工作稳定性的封装方案。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4
【图文】：

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1.1 研究背景一直以来，人类社会都在飞速的向前发展，各领域的科学技术都在不断的进步技术的更新给人类物质生活带来了提升，而物质生活的提升是需要有能源作为底层支撑的，所以人类的生存与发展都和能源有密切关系。随着世界经济的迅速发展以及人口的不断增长，世界的能源消费量也在不断的增加。在目前所有的能源供给中，传统的化石燃料三巨头（煤炭、石油和天然气）依旧是全球能源消费的前三强，并且占据了总消费量的 80%以上，图 1-1 为英国石油公司（BP）在 2018 年 7 月发布的《世界能源统计年鉴》[1]。但是，由于化石能源存量有限，不断增长的能源需求与日趋减少的化石能源储存量之间充满了矛盾，这是所谓的能源危机。

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效应的主要原因。面对日益减少的化石能源储备以及愈加恶劣的环境污染等问题时，构成为了目前急需解决的问题唯一办法。在目前所有的能源消费中，虽然只占到了 3.6%[1]，但是由于可再生能源有着取之不尽、用之不小等优点，所以在面对全球能源危机与环境污染的问题，可再生能源能源危机时最有可能的出路。再生能源指的是具有自我恢复原有特性，并可持续利用的一次能源阳能、生物质能、潮汐能以及地热能等。图 1-2 为欧洲联合研究中来 100 年的能源需求总量和供给结构变化做出预测。人类对于能源间的推移而不断增加，而在能源供应方面，化石能源的消费总量将于现拐点，可再生能源的供给比重在往后的几十年中将不断上升，其中源供应中的占据主导地位。

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图 1-3 各种太阳能电池的发展历程（一）叠层太阳能电池上图中紫色标记的即为叠层太阳能电池，其光电转化效率最高，位于图片的最上面。叠层太阳能电池，顾名思义就是由多个 p-n 结堆叠在一起形成一个完整的太阳能电池。由于任何一个半导体材料的光电响应光谱范围都远小于太阳光谱，所以只能利用一定范围的太阳光谱中光能转换成电能，这从根本上制约了太阳能电池的光电转化效率进一步提升。因此，可以将具有不同禁带宽度的半导体材料叠加在一起，使其分别吸收不同波长的太阳光，这样就可以提高太阳能电池对于不同波长太阳光的利用效率，从而有效地提高了太阳能电池的光电转化效率。目前主要的叠层太阳能电池有: GaInP/Ga(In)As/Ge, AI-GaAs/GaAs, GaInP/GaAs 和 GaInP/GaInAs 等[11, 12, 13]。叠层太阳能电池的优点就是光电转化效率高[14]，但是其缺点也十分明显，那就

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