钙钛矿薄膜电池
钙钛矿薄膜电池封装材料
低温固化
低透湿性
弹性模量
碳中和”策略是解决当前面临的能源危机和日益严峻的环境问题的重要手段。目前，人们已经采取了造林、节能、减排等措施来抵消国家、企业、产品、活动或个人产生的二氧化碳和其他温室气体的排放，最终实现净零排放的目标。根据最新的全球发电量分布数据，大部分电力（61.3%）仍由化石燃料（煤、天然气、石油）产生。尽管可再生能源是消除碳排放的主力，但可再生能源（如太阳能、风能、水力发电、地热能和生物质能）仅占能源总量的27.7%。因此，为实现“碳中和”目标，需要优化世界能源结构。可再生能源发展迅速，装机容量从2000年的754 GW增加到2020年的2799 GW。在所有可再生能源中，太阳能光伏发电（PV）由于其源源不断的能量来源（即太阳能）和快速下降的成本表现出最快的增长速度。预计到2050年，光伏发电的成本有望降至0.02美元·（kW∙h）-1。届时，可再生能源将成为电力的主要来源，预计全球86%的电力将来自可再生能源。此外，预计到2050年，光伏设备的装机容量将超过8500 GW，将减少4.9Gt的二氧化碳排放。因此，前景广阔的光伏发电技术既带来了巨大的发展机遇，也迎来了前所未有的挑战，有望为实现“碳中和”目标做出重大贡献。
一
钙钛矿薄膜电池
1工作
概念
钙钛矿的命名取自俄罗斯矿物学家Perovski的名字,结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。钙钛矿型太阳能电池,即perovskite solar cells,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代太阳能电池。钙钛矿电池结构简单,以反型平面钙钛矿电池为例,自下往上依次为：玻璃、透明电极（FTO或ITO）、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。
2
结构
目前,钙钛矿太阳能电池大致可以分为正置(n-i-p)结构和倒置(p-i-n)结构两大类。
正置结构钙钛矿太阳能电池 PSCs 源于 DSSCs，而 DSSCs 的结构是电极/ 金属氧化物 半导体/染料/ 电解质/ 对电极，与此类似的常规 PSCs 结构就是正置结构。正置结构器件又可以分成两种：首先是 nip 介 孔 PSCs，一般的结构形式为透明电极(FTO 或ITO 导电玻璃) / 致密层/ 介孔支架层(TiO2 、ZnO 等金属氧化 物)/ 钙钛矿层/空穴传输层( Spiro-MeOTAD、PTAA 或聚噻吩 等) / 金属对电极(Ag、Au 或石墨烯等) 。其中最典型的结构为FTO/ c-TiO2 / m-TiO2 / 钙钛矿材料/ Spiro - MeOTAD/ Au。第二种是 nip 平面异质结 PSCs，这类电池不使用介孔支架层，直接在致密层上制备钙钛矿层，一般的结构形式为透明电极/ 致密层/ 钙钛矿层/ 空穴传输层/ 金属对电极。这类电池光生载流子(电子和空穴)的激发、分离以及传 输都有钙钛矿层的参与。
倒置结构钙钛矿太阳能电池 pin 型 PSCs 是在 nip 型 PSCs 的基础上衍生出来的结构相反的电池，它先在透明电极上沉积空穴传输层，然后制备 钙钛矿光吸收层，电子传输层制备在钙钛矿层和金属对电极之间。这种结构避免了介孔支架层的高温烧结过程，更适用于柔性电池器件的制备，典型的结构为 ITO/ PEDOT ∶ PSS / MAPbI3 / PCBM/ Al。
3面临
分类
当前，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。如果一个钙钛矿电池只有钙钛矿本身的“三明治”结构，那么就是单结钙钛矿电池。所谓叠层钙钛矿电池，是指钙钛矿层可以堆叠在彼此之上，也可以堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能够吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。按照不同材料的堆叠，叠层钙钛矿电池的技术路线有晶硅/钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池、薄膜电池（如铜铟镓硒）/钙钛矿叠层电池等。
二
钙钛矿电池封装现状
第三代太阳能电池主要包括染料敏化太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、钙钛矿光伏电池等，此类太阳能电池器件的理论效率较高，制备工艺相对简单且原料丰富，可以薄膜化，因而得到国内外科研工作者的一致肯定。钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为第三代新概念太阳能电池，具有高光电转换效率、低成本、可柔性加工等优点，近年来发展迅速，其光电转换效率已经达到25.5%，可与硅电池媲美。
钙钛矿电池已接近商业化应用水平，同时也带动了与钙钛矿电池产业化配套行业的发展。目前实现钙钛矿光伏电池产业应用的关键环节在于电池封装，封装材料的性能优劣直接影响光伏组件的整体输出性能和稳定性。从聚合物封装材料性能方面来看，影响PSCs封装稳定性的关键因素有三个方面。
①封装温度
过高的封装温度导致密封过程中产生的热应力会损坏PSCs，导致封装后的净效率损失。目前封装温度主要集中在140℃左右，一般配合热稳定性更好的有机-无机杂化钙钛矿，如Cs+掺杂的MAPbI3薄膜或FAPbI3薄膜。
②水蒸气透过率
目前聚异丁烯(PIB)的水蒸气透过率可达0.15~0.70g/(m2·d)，相较于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)与环氧树脂，PIB在阻水性能上拥有巨大优势。
需要注意的是，密封剂的封装性能不仅取决于水蒸气的透过率，还取决于密封方法以及各层材料之间的附着力。因此，封装过程中应合理控制器件周围的空隙，空隙过大会促进挥发性物质从钙钛矿中逸出，而空隙过小可能会对PSCs器件的活性层造成热损伤。
③封装聚合物的弹性模量
EVA被广泛应用于PSCs封装中，其主要原因是它的弹性模量较低，可以避免在热压封装过程中出现因热膨胀而产生的分层或开裂现象。由于聚烯烃弹性体(POE)弹性模量与EVA相近，并且其抗电势诱导衰减(PID)性能优于EVA，因此被尝试用于器件的封装。但是，其透光率相较沙林树脂与EVA低2%~8%。沙林树脂与EVA相比弹性模量高一个数量级，所以在应用过程中很容易因热膨胀而发生分层或开裂现象。
在正常工作运行情况下，光伏组件应在上述复杂的环境下持续工作25~30年，并且其功率衰减幅度应维持在20%以下，这对封装材料提出了更严峻的挑战。选择合适的封装材料和封装工艺是光伏组件长期稳定运行的重要保证，它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题，还可以满足电池安全、环保、延长使用寿命等要求。
综上所述，研制一种高性能的钙钛矿光伏电池封装材料具有重要的意义。
三
蕞达封装材料
①钙钛矿薄膜电池光学贴合材料
针对钙钛矿薄膜电池大面积制备电池效率下降以及不及预期与钙钛矿薄膜电池长期稳定性差等问题，蕞达科技主要推出一款USi6221AB型光学贴合材料。
➤适合狭缝涂布工艺与丝网印刷。
➤流动性佳，涂布速度快，涂膜均匀性好，材料利用率高。
➤透光率高，耐环境老化，有效提高有效光照面积，非光活性死区（如栅线区和刻蚀区）面积降低，有效光照面积增大，进而提升电池的大面积效率。
➤钙钛矿材料具有明显的离子特性，自身易发生离子迁移，引起晶格形变，产生材料分解、器件性能衰减等问题。蕞达科技USi6221AB型光学贴合材料不含离子特性，保护钙钛矿材料电池组件吸光层与活性层，降低钙钛矿易水解、易氧化，遇高温热分解之特性，进而提升钙钛矿薄膜电池之长期稳定性。
针对钙钛矿薄膜电池活性层易水解以及薄膜边框密封防水性差等问题，蕞达科技主要推出两款EC材料。
➤热固化EC: NC2205 低温快速固化EC，适合用于电子纸封边制程，可避免水汽渗入进而对钙钛矿薄膜电池造成损坏。
➤光固化EC: NC2104 UV固化EC，工艺适用性高，耐弯折，耐高温高湿和长期可靠性，适合钙钛矿薄膜电池整体封框。
