一种钙钛矿电池的散热型封装结构

本技术涉及电池封装领域，具体而言，涉及一种钙钛矿电池的散热型封装结构。

背景技术：

1、光吸收层为钙钛矿材料的太阳电池称为钙钛矿电池，钙钛矿电池包括电极、钙钛矿吸收层、电子传输层等；其中，钙钛矿吸收层将吸收的太阳光能量转化为电能。常见的用于太阳电池的钙钛矿材料有甲胺铅碘钙钛矿、甲胺铅溴钙钛矿、甲胺铅碘溴钙钛矿、铝钙钛矿、钙钛矿钛酸铋等等。由于光电转化效率较高，且成本较低，钙钛矿电池具有较好的商业前景。

2、钙钛矿材料对水十分敏感，钙钛矿与水分子容易发生水解反应，水解反应会破坏钙钛矿结构，生成水解产物，导致钙钛矿材料的电学性能严重下降；水分还会影响电极、电子传输层等；空气中的氧气也会对钙钛矿电池产生影响。因此，需要对钙钛矿电池进行封装。现有的封装技术有热压封装、真空层压、热熔胶膜、玻璃封装等等。考虑到钙钛矿电池中钙钛矿吸收层容易在应力作用下产生晶界结构改变、电荷传输阻力增加；钙钛矿电池适用于玻璃封装，玻璃封装不会对钙钛矿电池产生应力，且透光率较高，能够使得钙钛矿电池吸收更多光场能量，从而转化更多电能。然而，申请人发现，钙钛矿电池工作过程中温度可以达到60-80℃，这使得钙钛矿材料发生热衰减效应，随着温度的升高，钙钛矿晶体结构发生变化，使得钙钛矿吸收层的吸收特性降低，从而影响光电转化效率。玻璃的导热性能较差，玻璃为非晶态结构，分子排列相对松散且不定向，其热传导速度相对较慢，通常介于0.8-1.4w/(m·k)之间；这使得热量聚集在钙钛矿电池附近难以散出。

3、综上所述，现有的封装结构在钙钛矿电池工作过程中，容易在钙钛矿材料周围聚集热量，钙钛矿材料的温度较高，使得钙钛矿材料分解，导致钙钛矿电池的稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种钙钛矿电池的散热型封装结构，以解决现有的封装结构在钙钛矿电池工作过程中，容易在钙钛矿材料周围聚集热量，钙钛矿材料的温度升高，使得钙钛矿材料分解，导致钙钛矿电池的稳定性较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本技术提供一种钙钛矿电池的散热型封装结构，该封装结构包括固定设置于基底上的钙钛矿电池，钙钛矿电池的侧边固定设置有绝缘层，绝缘层远离钙钛矿电池一侧固定设置有散热块，散热块和绝缘层均与基底固定连接；钙钛矿电池远离基底一侧固定设置有透明导热层，透明导热层远离钙钛矿电池一侧固定设置有顶部透光层，顶部透光层与散热块固定连接，透明导热层与散热块接触，散热块的高度等于钙钛矿电池和透明导热层的厚度之和。

4、散热块用于将钙钛矿电池中的热量散发到周围空气中，散热块设置于钙钛矿电池的侧面，不影响顶部光照；同时利用透明导热层，将钙钛矿电池上侧面的热量传递到散热块，小部分热量也会由顶部透光层散出，大部分热量通过散热块传出。绝缘层起到绝缘作用，设置于钙钛矿电池和散热块之间，使得散热块与钙钛矿电池之间绝缘，避免散热块与钙钛矿电池之间形成电连接，影响钙钛矿电池的。散热块的高度等于钙钛矿电池和透明导热层的厚度之和，散热块支撑顶部透光层，顶部透光层不会对内部结构施加力，因此，封装结构不会对钙钛矿电池产生应力，从而使得钙钛矿电池的稳定性提高，光电转化效率也较高。基底、散热块、顶部透光层对钙钛矿电池起到封装作用，之间紧密固定连接，使得水汽、氧气、灰尘等不易进入，起到阻隔作用；在阻隔的同时，能够将聚集的热量快速传递到周围，钙钛矿吸收层的温度降度，避免了钙钛矿材料的分解，提升钙钛矿电池的稳定性。

5、进一步地，透明导热层的材料为导热凝胶、氧化铝、透明陶瓷中的一种。导热凝胶、氧化铝、透明陶瓷的透明性和导热性均较好，在实现热传导的同时不会影响钙钛矿电池对光的吸收作用。

6、更进一步地，散热块的材料为铜或铝。铜和铝具有较高的热导率，铜的导热系数约为385w/(m·k)，铝的导热系数约为205w/(m·k)，是玻璃的100倍以上，导热性能较好，能够有效地将热量散发到周围环境中，从而降低钙钛矿电池的温度，提升稳定性。

7、更进一步地，散热块远离绝缘层一侧的表面设置有凹槽。凹槽增大了散热块与周围空气的接触面积，从而增强了与周围环境的热交换能力，有助于更有效地散发热量，提高散热效率从而使得热量容易散发出去，提升了散热块的散热性能；同时，凹槽有助于减小散热块与周围环境之间的热阻，促进热量的传导和传输，提升散热效果。另一方面，凹槽对周围空气起到了引流作用，改善周围空气在散热块表面的流动路径，增加对流换热效果，散热块能够更有效地将热量传递给周围环境；散热块温度的降低能够减轻散热块本身的热应力，提高其稳定性和寿命。

8、更进一步地，顶部透光层的材料为玻璃，厚度为0.5-2mm。玻璃的透光度较高，能够使得钙钛矿吸收层吸收更多光子，从而产生更多的电能，有助于最大限度地利用太阳能，提高钙钛矿电池的光电转换效率；厚度为0.5-2mm能够确保其硬度，对内部的结构起到较好的保护作用，有效地保护钙钛矿电池不受水分、氧气、灰尘、机械冲击等的影响。

9、更进一步地，顶部透光层靠近透明导热层一侧设置有凸起结构。这样一来，在热学方面，凸起结构增加了顶部透光层与透明导热层之间界面的表面积，更大的表面积使得热量快速传递到顶部透光层，更长的传热路径使得热量更容易传递到散热块，分散到周围环境中，从而降低钙钛矿电池的工作温度；在平坦表面上，热量会在热点区域积聚，导致局部温度升高，而凸起结构可以破坏局部积聚，使热量更均匀地分布在整个面上，从而避免了热点现象，使得热量分布更均匀，热量更容易从散热块和顶部透光层传出，提高了热量传递的效率，散热效果更好。在光学方面，顶部透光层下侧凸起结构使得光线在顶部透光层内发生多次反射和折射，使得更多的光线能够沿着垂直于钙钛矿电池表面的方向传播，也就是，光场垂直照射在钙钛矿电池表面，提高了光的利用率，钙钛矿电池对光的吸收效率较高；凸起结构增加了透明导热层内光的光程，使得光在透明导热层内停留的时间增加，从而增强了钙钛矿材料对光的吸收，增强了光与钙钛矿材料之间的相互作用，提高了光的吸收效率，进而提高了光电转换效率。

10、更进一步地，绝缘层的厚度为50μm-200μm。绝缘层的厚度为几十微米到百微米数量级，厚度较薄，这样在起到较好绝缘效果的同时，绝缘层不会对热量传递过程产生较大影响。

11、更进一步地，绝缘层的材料为聚酰亚胺薄膜或氧化铝陶瓷。聚酰亚胺薄膜或氧化铝陶瓷的绝缘性能较好，为钙钛矿电池和散热块之间提供了较好的绝缘作用。同时，聚酰亚胺薄膜和氧化铝陶瓷具有导热性，使得热量容易从钙钛矿电池转移到散热块，从而，起到较好的散热效果，降低钙钛矿电池的温度，提升稳定性。

12、更进一步地，基底的材料为玻璃、聚乙烯、聚醚酯中的一种。更进一步地，基底的厚度为500μm-2mm。玻璃、聚乙烯、聚醚酯具有良好的机械强度和韧性，能够为钙钛矿电池提供良好的支撑和保护，防止内部部件受到外部冲击或振动的影响。而且化学性质稳定，不易于酸、碱等化学物质反应。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：本技术在顶部透光层(玻璃)和钙钛矿电池之间设置透明导热层，同时在钙钛矿电池的侧边设置散热块，使得热量能够更多地由散热块散发出；钙钛矿电池的热量能够通过其上的透明导热层传递到散热块和顶部透光层，侧面通过绝缘层传递到散热块，最终通过散热块和顶部透光层进行散热，减小热量聚集，使得钙钛矿电池的温度下降，减少钙钛矿材料的热分解，提升钙钛矿电池的稳定性。