一种紫外光固化胶及其封装的钙钛矿太阳能电池

本发明属于钙钛矿光伏材料领域，具体涉及可交联端基功能化单体在封装钙钛矿太阳能电池中的应用，可以获得高效且耐高湿度的钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率和可印刷可高通量制备等优点，表现出独特的优势，在新一代光伏组件具有十分广阔的应用前景。然而，由于钙钛矿薄膜的本征离子特性，活性层对水高度敏感，制备的器件暴露于高湿度环境下极易造成钙钛矿活性层降解，从而造成制备的器件光电转换效率大幅衰减，严重限制了钙钛矿太阳能电池的实际应用。封装通过密封剂与玻璃盖板避免了水分子与钙钛矿器件的直接接触，因此通过器件外部封装工艺极大地提高了钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性，推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。

2、近年来，已有研究者使用热熔粘合剂聚异丁烯或聚烯烃的全覆盖式封装的钙钛矿太阳能电池在湿热或湿冻试验中表现出出色的高湿度稳定性。然而，热熔胶需超过120℃高温的真空层压工艺，由于杂化钙钛矿或其他功能层的热稳定性相对较差，热压加工可能会对器件性能造成损害。紫外线光固化作为一种可控、可打印和室温处理技术被广泛用于有机发光二极管显示面板的封装。然而，目前报道的商业紫外光固化粘合剂无法在钙钛矿太阳能电池上实现全覆盖式封装。原因在于在全覆盖式封装过程中，紫外光固化粘合剂将直接接触并腐蚀钙钛矿太阳能电池。而传统边缘封装较差的边缘密封效果限制了其在钙钛矿光伏器件上的应用。

3、因此，急需探索一种有效的方法，在不影响钙钛矿光电转换效率的前提下，能够实现紫外低温固化，又能实现全覆盖式封装，进而获得具有高效率、优异湿度稳定性的钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可交联端基功能化紫外光固化胶及其封装钙钛矿太阳能电池与制备方法，利用可交联端基功能化单体，在钙钛矿器件上进行涂布，进而获得高效且高湿度稳定的钙钛矿太阳能电池。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种紫外光固化胶，包括含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂；进一步包括偶联剂。本发明所设计的可交联端基功能化单体除了端基具有自由基活性较高的丙烯酸酯/环氧交联基团，用于封装钙钛矿太阳能电池，极大的降低了水蒸气透过率。

4、本发明公开了上述紫外光固化胶的制备方法，将含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂混合，得到紫外光固化胶；或者将含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂、偶联剂混合，得到紫外光固化胶。优选的，混合的温度为室温～60℃。

5、本发明中，光引发剂的用量为含双端基可光固化官能团单体分子质量的0.5～1.5%，优选0.8～1.2%。偶联剂的用量为含双端基可光固化官能团单体分子质量的1.5～3%，优选1.8～2.2%。

6、本发明公开了利用上述紫外光固化胶进行封装的方法，包括以下步骤，将所述紫外光固化胶涂在器件表面，光照固化，实现封装。优选的，光固化为紫外光固化。

7、本发明中，所述器件为太阳能电池，尤其是钙钛矿太阳能电池。本发明公开封装钙钛矿太阳能电池的方法防止了聚合单体对钙钛矿器件光电转换效率的损伤；实现室温下固化粘合从而避免了高温热加工对钙钛矿器件的破坏；提高了封装的器件高湿度条件下封装器件的寿命。进而获得高效，高湿度稳定的钙钛矿太阳能电池。

8、本发明公开了上述紫外光固化胶在制备或者作为封装材料的应用，尤其是在制备或者作为太阳能电池封装材料的应用，特别是在制备或者作为钙钛矿太阳能电池封装材料的应用。

9、一种太阳能电池封装结构，包括太阳能电池本体以及封装材料，所述封装材料由上述紫外光固化胶制备。

10、一种钙钛矿薄膜封装结构，包括钙钛矿膜本体以及封装材料，所述封装材料由上述紫外光固化胶制备。

11、本发明中，含双端基可光固化官能团单体分子的化学结构式如下：

12、；

13、其中，a为不同的分子主链结构，包括但不限于聚氨酯、双酚a型环氧树脂等聚合物，其化学结构式如下：

14、；

15、本发明中，选用的光引发剂包括但不限于以下物质：

16、。

17、本发明创造性地将具有高自由基活性的可光固化官能团引入单体的端基位置，通过加入光引发剂，从而实现紫外光固化的低温快速固化工艺。尤其是，本发明将含双端基可光固化官能团单体分子制备的胶用于太阳能电池封装，抑制了由于单体层间扩散导致的器件光电转换效率衰减，实现了全覆盖式无损封装。该种方法不仅适用于多种钙钛矿活性层，以及不同器件结构，具有良好的泛用性。

18、本发明的有益效果：

19、1.本发明首次将可交联端基功能化单体紫外光固化封装胶用于太阳能电池的封装，极大地增强了封装钙钛矿太阳能电池的稳定性。

20、2. 本发明封装钙钛矿器件的方法同时适用于多种钙钛矿活性层，以及不同器件结构，具有良好的泛用性。

21、3. 本发明的制备方法简单，紫外光固化工艺绿色、环保、可控，并且产品性能优异，适合工业化生产。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征：

1.一种紫外光固化胶，包括含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂。

2.根据权利要求1所述紫外光固化胶，其特征在于，还包括偶联剂。

3.根据权利要求1或者2所述紫外光固化胶，其特征在于，含双端基可光固化官能团单体分子的化学结构式如下：

4.权利要求1或者2所述紫外光固化胶的制备方法，其特征在于，将含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂混合，得到紫外光固化胶；或者将含双端基可光固化官能团单体分子、光引发剂、偶联剂混合，得到紫外光固化胶。

5.根据权利要求4所述紫外光固化胶的制备方法，其特征在于，光引发剂的用量为含双端基可光固化官能团单体分子质量的0.5～1.5%；偶联剂的用量为含双端基可光固化官能团单体分子质量的1.5～3%。

6.利用权利要求1或者2所述紫外光固化胶进行封装的方法，其特征在于，包括以下步骤，将所述紫外光固化胶涂在器件表面，光照固化，实现封装。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述器件为太阳能电池。

8.权利要求1或者2紫外光固化胶在制备或者作为封装材料的应用。

9.一种太阳能电池封装结构，包括太阳能电池本体以及封装材料，其特征在于，所述封装材料由权利要求1或者2紫外光固化胶制备。

10.一种钙钛矿薄膜封装结构，包括钙钛矿膜本体以及封装材料，其特征在于，所述封装材料由权利要求1或者2紫外光固化胶制备。

技术总结本发明公开了一种紫外光固化胶及其封装的钙钛矿太阳能电池，实现在室温的温和条件下，以及可接触的全覆盖式封装过程，从而达到对钙钛矿太阳能电池光电转换效率无损的且优于传统边缘密封的封装效果，能够简易封装高效且稳定的钙钛矿太阳能电池。本发明基于端基功能化策略，通过合成较高分子量的单体从而防止了聚合单体对钙钛矿器件光电转换效率的损伤；在端基引入具有高反应活性的可光固化基团从而实现室温下固化粘合从而避免了高温热加工对钙钛矿器件的破坏。此外，具有高疏水性的结构大大提高了密封效果，极大地提高了封装的器件高湿度条件下封装器件的寿命。技术研发人员：李耀文,陈炜杰,唐晓华,李永舫受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15