提升8%效率，钙钛矿太阳能电池的新型封装技术

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因制造成本低、效率高而有望在未来能源领域发挥重要作用，但当前其商业化受稳定性和光学性能问题阻碍。

芬兰阿尔托大学的科学家们开发了一种创新的钙钛矿太阳能电池封装方法，该方法通过一步封装过程，有效防止了由氧气和湿气引起的降解，同时显著提高了电池的效率。通过采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的钙钛矿太阳能电池，研究团队实现了功率转换效率（PCE）相对提高8%，并通过了多项标准稳定性测试。美能温湿度综合环境试验箱用于环境模拟试验，为了验证评估钙钛矿太阳能电池的可靠性，是判断钙钛矿太阳能电池是否能够满足商业应用要求的重要依据。

钙钛矿电池封装材料的制备和涂覆

AR-PED的制造过程

将 PSC 组件基底浸入密封剂中，防止水和氧气渗透，并夹在制造的负模和玻璃盖玻之间进行原位封装和玻璃侧图案化，以防止光学损失的过程。

AR-PED的架构示意图

封装过程

PDMS混合物：将PSCs浸入PDMS混合物中，该混合物的单体与固化剂的体积比为5:1。

夹层结构：将PSCs夹在金电极侧的玻璃盖片和基板底部的负抗反射模具之间。

边缘密封：基板边缘用0.5毫升PDMS覆盖，以确保完全密封。

固化：PDMS在室温下固化48小时，然后移除负模具。

负模具的制备

模具制作：通过复制韭菜叶表面结构来制作负模具，使用PDMS复制并在室温下固化48小时。

表面处理：使用等离子体清洗模具，然后通过蒸汽沉积法在模具上涂覆一层防粘附涂层。稳定性测试

PED和原始设备在不同测试条件下的性能变化湿度测试：

90% 湿度下，未封装电池3 小时内几乎完全降解，封装电池（PED）6 小时后仍保持初始性能，浸入水中 1 小时后 PED 也能维持性能89。这表明封装材料 PDMS 具有良好的防潮性能，能有效阻止水分侵入，保护电池内部结构，显著提高电池在高湿度环境下的稳定性。

户外测试：

在冬季户外条件下，PED 的 J-V 特性几乎不变，而未封装电池性能下降 12%，主要因 Voc 和 FF 下降。这说明封装材料在户外环境中能有效阻隔氧气和湿度，减轻低温、氧气等因素对电池性能的不利影响，进一步证明了封装对提升电池稳定性的重要作用。

光学性能测试

ISOS-LC测试中PED和原始设备的性能变化

性能演变趋势分析

PCE 演变：PEDs 在 70 小时内与原始电池的 PCE 降解和恢复率相当，但超过 70 小时后，原始电池降解加速，而 PEDs 在 360 小时后仍能保留约 80% 的初始性能，表明封装能有效减缓电池性能下降，增强长期稳定性。

Jsc 和 FF 演变：PEDs 的 Jsc 和 FF 值在光照期间下降，静置时大部分恢复，与 PCE 趋势一致，说明封装对电流产生和收集过程有积极影响，有助于维持电池性能。

Voc 演变：PEDs 的 Voc 随时间保持恒定，与原始电池Voc 下降形成对比，进一步证明封装可减少环境因素对电池内部的影响，稳定 Voc。

电池外观变化分析

老化后 PEDs保持原始外观，而原始电池明显褪色，表明封装能有效保护 PSK，防止其降解，维持电池结构完整性，从外观上直观体现了封装对电池稳定性的提升作用。不同条件下存储的钙钛矿电池的长期稳定性

PSC设备的长期稳定性比较

性能变化分析

在25℃和 42% 相对湿度环境下，PED 的性能与惰性气氛中保存的电池相当，仅因氧气和湿度下降到初始性能的约95%；而原始电池性能随时间显著变化，PCE 低于对照组。这表明封装能有效保护电池免受环境中氧气和湿度的影响，维持其性能稳定性，突出了封装在提升钙钛矿太阳能电池长期稳定性方面的重要作用。

外观特征分析

惰性气氛中保存的 PSC电池和环境条件下储存的PEDs外观保持不变，而原始电池开始显示严重退化迹象，新黄色斑点突出了晶界形成。这从外观上直观体现了封装对电池结构完整性的保护作用，与性能变化数据相互印证，进一步证明了封装在防止电池退化方面的有效性。钙钛矿电池的光学性能

光学性能比较和SEM图像

光学性能分析

透光率：图案涂层使 FTO 玻璃在 550nm 处的总透光率从 84% 略降至 80%，表明涂层虽对透光率有一定影响，但仍保持较高水平，保证了足够的光线入射到电池内部。

雾度：涂层使 FTO 玻璃在 550nm 处的雾度显著提高到 55%，而裸露 FTO 玻璃几乎无雾度。较高的雾度有助于光线向多个方向散射，延长光学路径，增强光吸收，这对提高电池性能具有重要意义。

反射率：涂层成功将反射率降低到不到一半，在可见光波长区域提高了电池的外量子效率（EQE）。降低反射率可减少光学损失，使更多光线被电池吸收利用，从而提升电池的光电转换能力。

光伏性能分析

AR - PED 的 PCE 比 PED 提高了 8%±0.8%，主要归因于短路电流密度约 6% 的增强和开路电压 2% 的提高。这表明抗反射涂层通过优化光学性能，有效提高了电池的光捕获能力，进而提升了整体光伏性能，验证了该涂层在提高钙钛矿太阳能电池效率方面的显著作用。

通过创新的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装技术，成功地将钙钛矿太阳能电池的功率转换效率提升了8%。这一显著的效率提升不仅展示了新型封装方法在光学性能和环境稳定性方面的优势，也为钙钛矿太阳能电池的商业化应用铺平了道路。美能温湿度综合环境试验箱

确定组件承受高温和潮湿以及零下温度影响的能力，满足标准:IEC61215-MQT12（湿冻试验）、MQT13（湿热试验）

• 温度范围：-50~150℃

• 湿度范围：20%~98%RH

采用进口温度控制器，实现多段温度编程，精度高，可靠性好

美能温湿度综合环境测试箱为研究过程提供了精确的环境模拟，使我们能够全面评估封装钙钛矿太阳能电池（PED）在不同温度条件下的性能。

原文出处：Addressing the efficiency loss and degradation of triple cation perovskite solar cells via integrated light managing encapsulation https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101707

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