本发明属于光伏，尤其涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
1、随着科技的迅猛发展催生了各种新型消费电子产品，例如可穿戴设备、柔性电子、塑料电子以及有机电子产品。这些产品因其轻便、灵活和高效的特点，受到了广泛的欢迎和应用。然而，这些新型电子产品的普及也带来了新的挑战，尤其是在能源供应方面。为了满足设备对更轻便、更柔性、更高效的供能装置的需求，薄膜太阳能电池在这些领域的应用也应运而生，其独特的特性完美地满足了这一市场需求。薄膜太阳能电池是一种利用薄膜技术制造的太阳能电池，其厚度通常只有几微米到几十微米，远比传统的硅太阳能电池薄得多。这种电池不仅重量轻，而且具有良好的柔韧性，可以弯曲和折叠，非常适合应用于可穿戴设备和柔性电子产品。
2、薄膜太阳能电池片的主要类型包括钙钛矿太阳能电池(psc)、有机太阳能电池(opv)以及碲化镉太阳能电池。在这些类型中，psc和opv在厚度和成本上均优于传统的晶硅电池，然而它们面临的主要挑战是稳定性不足。薄膜太阳能电池的不稳定性主要由几个因素导致：强烈的吸水性、容易发生热分解、金属离子容易迁移，以及外部因素(紫外线分解和光照引起的黄变)。因此，薄膜太阳能电池对于产品的封装也提出了更高的要求。在薄膜太阳能电池的应用领域，主要采用有机封装材料，如乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)或聚烯烃弹性体(poe)，以实现封装保护。由于有机材料的水氧透过率(10-3g/m2.day)显著高于无机玻璃材料(10-5g/m2.day)，因此，无机玻璃在封装保护薄膜太阳能电池方面具有更优越的性能。但利用无机玻璃封装，难以制备得到柔韧性好的柔性电池片，且封装侧面的水氧透过性能依然难以保证，太阳能电池片的稳定性会受到影响。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种稳定性好、柔韧性好、轻量的超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
3、一种超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，包括底层超薄玻璃、太阳能电池、无机材料钝化层、有机材料缓冲层、封装粘结剂层和顶层超薄玻璃，所述太阳能电池设于所述底层超薄玻璃上，所述无机材料钝化层罩设于所述太阳能电池上，所述有机材料缓冲层罩设于所述无机材料钝化层上，所述顶层超薄玻璃设于所述有机材料缓冲层上，所述封装粘结剂层设于所述有机材料缓冲层外围，且位于所述底层超薄玻璃和顶层超薄玻璃之间。
4、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，总厚度小于500.0μm，弯曲半径小于50.0cm。本发明所采用的上述结构，允许总厚度小于500.0μm，弯曲半径小于50.0cm，具有超薄、轻量、柔韧性好的优势。
5、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述底层超薄玻璃和顶层超薄玻璃为钠钙玻璃、高铝玻璃或低碱玻璃中的一种，厚度为10.0-150.0μm，可见光波段透过率大于88.0％，弯曲半径不大于10.0cm，雾度不大于0.5。由于尺寸效应的影响，当无机玻璃材料的厚度降低到一定程度时(小于150.0μm)，它会展现出更优秀的弯曲柔性，为薄膜太阳能电池片提供了一种理想的柔性衬底。与传统的硼酸玻璃等材料相比，这种特定的无机玻璃材料种类具有更高的水氧阻隔性能，意味着它能够更有效地阻挡水分和氧气的渗透。此外，这种材料还具备较小的弯曲半径，使其在需要弯曲或折叠的应用场景中表现出色。更重要的是，这类无机玻璃材料还具有高透光率和低雾度的特性，这使得它在提升光电转换效率方面具有优势。高透光率确保了更多的光线能够穿透材料，从而提高太阳能电池的光吸收能力，而低雾度则意味着材料表面的透明度更高，减少了光线在材料内部的散射，进一步优化了光电转换效率。
6、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述太阳能电池在所述底层超薄玻璃上原位制备而得，所述太阳能电池由下至上依次包括透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和顶电极。
7、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述透明导电层包括ito、fto或azo中的任一种，厚度为30.0-50.0nm；所述空穴传输层包括spiro-ometad、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]或niox中的任一种，厚度为20.0-100.0nm；所述光吸收层包括有机-无机杂化钙钛矿材料或有机半导体材料中的任一种，厚度为100.0-700.0nm；所述电子传输层包括氧化锡、氧化钛或氧化锌中的任一种，厚度为20.0-100.0nm；所述金属电极包括au或ag中的任一种，厚度为3.0-10.0μm。通过精确控制每一层之间的厚度，可以有效地实现每一层的柔性特性，并进一步促进了整体结构的超薄化和整体柔性化。基于长期的实验研究发现，以上厚度之间的组合，可以实现较佳的弯曲柔性与太阳能电池光电转换效率之间的平衡。
8、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述无机材料钝化层为采用原子层沉积、磁控溅射或者热蒸镀方法制备得到的mgf2层、si3n4层、sio2层、tio2层和al2o3层中的任一种，厚度为10.0-100.0nm。通过采用上述的薄膜沉积技术，能够制备出具有分子级排列的致密无机物涂层。这种涂层在两个主要方面发挥着重要作用。首先，它能够有效地阻隔水分子和氧气的扩散，从而降低这些有害物质对太阳能电池内部结构的侵蚀。其次，这种致密无机物涂层能够有效地隔绝有机物缓冲层与太阳能电池中的金属电极以及电子传输层材料之间的扩散，防止这两种有机材料发生不必要的化学反应或相互侵蚀。该涂层能够保持各个功能层的独立性和完整性，还能够提升整个太阳能电池器件的结构稳定性和使用寿命。此外，无机材料钝化层属于脆性材料，利用材料的尺寸效应，在低厚度下同样可以保持较好的弯曲柔性。
9、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述有机材料缓冲层的材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性或oca光学胶中的任一种，厚度为20.0-100.0μm。采用超薄玻璃作为封装材料的薄膜太阳能电池片，具有良好的弯曲性能。然而，当电池片进行弯曲操作时，不可避免地会在某些区域产生应力集中点。这些应力集中点会导致无机玻璃层之间的微小破损，进而导致太阳能电池片的失效和性能下降。在双层超薄玻璃之间的空隙处填充有机物材料可以有效分散应力，减少应力集中点的形成，并在一定程度上吸收和缓解弯曲过程中产生的微小变形，从而保护电池片免受损坏；此外，选择具有水气阻挡性能的封装材料，如poe、eva和oca，也能提升太阳能电池片的封装保护效果。本发明的有机材料缓冲层为了更好的发挥上述作用，有机材料缓冲层需要设于双层超薄玻璃之间，且与双层超薄玻璃之间均大面积接触。
10、上述薄膜太阳能电池片中，优选的，所述封装粘结剂层为使用激光低温烧结无机粘结剂(如镍基、钴基、铁基合金)或uv固化有机粘结剂(如苯基硅树脂、环氧丙烯酸树脂)的方式制备而得，其中激光波长为800.0-1600.00nm。更优选的，所述封装粘结剂层为使用激光低温烧结无机粘结剂制备而得。激光低温烧结技术的核心原理在于利用无机材料对特定波长激光的吸收特性。当这些无机材料暴露在激光束下时，它们会吸收相应波长的光能，并将其转化为热能，从而实现烧结的效果。这种转化过程使得无机材料发生熔融现象，即材料从固态转变为液态。随后，通过冷却和固化过程，熔融的无机材料重新凝固成型，形成一种致密的结构。在这一过程中，无机材料被夹在两层超薄玻璃之间。这种结构的优势在于，通过激光低温烧结技术，可以在超薄玻璃之间形成一层非常致密且均匀的无机封装层。这层封装层具有极佳的水氧阻隔性能，能够有效地阻止水分和氧气的渗透，从而保护内部敏感元件或材料免受外界环境的影响。
11、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片的制备方法，包括以下步骤：
12、s1、清洁底层超薄玻璃；
13、s2、在底层超薄玻璃上制备太阳能电池；
14、s3、在太阳能电池表面制备无机材料钝化层；
15、s4、在无机材料钝化层表面覆盖有机材料缓冲层；
16、s5、将顶层超薄玻璃上印刷呈回形框的封装粘结剂，与底层超薄玻璃贴合后，使用激光低温烧结无机粘结剂或uv固化有机粘结剂形成封装粘结剂层，得到薄膜太阳能电池片。
17、上述制备方法中，优选的，步骤s5中，使用激光低温烧结无机粘结剂时，使无机粘结层与太阳能电池的距离不小于2.0mm。在激光低温烧结无机粘结剂的过程中，局部温度将超过400℃，通过控制与太阳能电池的距离，从而避免烧结高温对其的各层产生负面影响。
18、针对超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片的应用市场，本发明提出了一种以超薄玻璃为核心，以实现太阳能电池封装可靠性和柔性的结构，其特别是基于以下思路和研究：
19、第一，传统的柔性太阳能电池片或组件通常采用聚对苯二甲酸类塑料(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亚胺(pi)作为基底材料。在制造薄膜太阳能电池后，这些组件会使用高性能的乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)或聚烯烃弹性体(poe)作为上层封装材料，以保护太阳能电池。然而，这种做法往往忽略了对下层基底的水氧阻隔，这可能导致太阳能电池的失效。与无机材料相比，所有有机材料基底都存在一个共同的致命弱点：稳定性不足。在热和光照条件下，材料的组成和薄膜形态容易发生变化，且易受水分和气体的影响而老化。本发明提出了一种创新方法，即在太阳能电池片的上下两层均采用具有卓越抗水氧透过性能的无机玻璃材料，从而显著提升薄膜太阳能电池片的长期可靠性。
20、第二，作为太阳能电池的柔性基底，必须具备卓越的光学性能，并且在经历各种化学环境和温度变化的制备工艺后，仍能保持尺寸稳定，这对有机柔性材料构成了重大挑战。尽管在相同的厚度或柔性条件下，有机柔性衬底以其更佳的柔韧性、更轻的质量和更强的耐冲击性而脱颖而出，但它们也面临一些问题：首先，表面粗糙度较高(以pet基材为例，约为150nm)，表面的凸起会干扰上层的透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层以及顶电极等多层薄膜结构，从而导致薄膜太阳能电池出现局部短路或缺陷；其次，衬底在后续加工过程中容易发生形变，无论是高温下的弹性变形还是低温下的褶皱变形，均会降低最终产品的良率；最后，低水氧阻隔率是薄膜太阳能电池高可靠性的关键所在，一旦水气透过，器件的光电特性会迅速退化。在具备相当的柔韧性、质量和耐冲击性时，以上所述不足，本发明所采用的超薄柔性玻璃均可进行完美替代。
21、第三，封装于双层超薄玻璃中的薄膜太阳能电池，能够从上下两面获得保护。然而，水氧仍有可能通过边缘渗透。本发明提出的封装粘结剂层、有机材料缓冲层与无机材料钝化层，均具备额外的封装保护功能，各层共同配合作用，可提高封装结构的稳定性和柔韧性。首先，封装粘结剂层通过激光低温烧结无机粘结剂，形成的无机封装层同样展现出低水氧透过率。其次，有机材料缓冲层采用高性能有机材料，不仅阻隔水氧，还能在柔性弯曲过程中释放刚性玻璃的局部应力，从而实现轻薄且可卷曲的结构。最后，无机材料钝化层采用沉积的致密无机涂层，它不仅阻隔水气，还防止了缓冲层中的有机物与薄膜太阳能电池中的有机物发生迁移和反应，确保了薄膜太阳能电池的稳定性。
22、本发明的超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片及其制备方法，旨在为新兴消费电子市场提供一种超薄且柔性的高效薄膜太阳能电池片技术。通过利用无机玻璃的水氧阻隔性能和多项水氧阻挡结构，各层配合协同作用，解决薄膜太阳能电池的稳定性问题，从而增强了其可靠性；同时，通过玻璃的超薄化，充分利用材料的尺寸效应，通过对每一层厚度进行精确的控制和调整，达到柔性的最佳状态，实现了薄膜太阳能电池的柔韧性和轻量化，为市场提供了一种可行的解决方案。
23、与现有技术相比，本发明的优点在于：
24、1、本发明超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，利用超薄玻璃作封装材料，相较于传统的全有机封装结构，在抗水氧性能方面有了显著的提升。通过采用上下两层无机玻璃基材的封装策略，实现了对太阳能电池全方位的防护。这种封装方式比现有的封装技术更为先进，现有的技术通常只在上基材使用高性能封装材料，如poe(聚烯烃弹性体)、eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)和oca(光学透明胶)，而下基材则使用pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)或pi(聚酰亚胺)。相比之下，本发明的双层超薄玻璃封装策略更能提高对太阳能电池的封装保护效果，从而确保了器件的长期可靠性和稳定性。
25、2、本发明超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，柔韧性优异，实现了整体结构的弯曲性能。本发明充分利用了材料的尺寸效应，均具备一定程度的柔性。同时，为了配合提高弯曲性能，本发明在双层超薄玻璃的中间设置有有机材料缓冲层，在弯曲过程中可以起到释放应力的作用，充当缓冲层的角色，可以有效地吸收和分散应力，从而避免了刚性接触中可能造成的破损和损伤，进一步提高结构的柔韧性。
26、3、本发明超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，通过多项结构设计，该方案全面地提升了整体器件的封装效果。具体来说，使用无机玻璃材料作为上下基材、封装粘结剂层技术实现封边、引入高性能有机材料缓冲层，以及设计分子级排列的致密无机材料钝化层，都是为了有效阻隔水氧对薄膜太阳能电池的侵害，确保太阳能电池在各种环境条件下都能保持优异的性能，延长其使用寿命。
27、总体来说，本发明超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，使得太阳能电池片具备了超薄结构和柔性的显著特点，并且改善了薄膜太阳能电池片的长期稳定性与可靠性，对于薄膜太阳能电池片的实用化具有重要意义。
1.一种超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片，其特征在于，包括底层超薄玻璃、太阳能电池、无机材料钝化层、有机材料缓冲层、封装粘结剂和顶层超薄玻璃，所述太阳能电池设于所述底层超薄玻璃上，所述无机材料钝化层罩设于所述太阳能电池上，所述有机材料缓冲层罩设于所述无机材料钝化层上，所述顶层超薄玻璃设于所述有机材料缓冲层上，所述封装粘结剂层设于所述有机材料缓冲层外围，且位于所述底层超薄玻璃和顶层超薄玻璃之间。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，总厚度小于500.0μm，弯曲半径小于50.0cm。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述底层超薄玻璃和顶层超薄玻璃为钠钙玻璃、高铝玻璃或低碱玻璃中的一种，厚度为10.0-150.0μm，可见光波段透过率大于88.0％，弯曲半径不大于10.0cm，雾度不大于0.5。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池在所述底层超薄玻璃上原位制备而得，所述太阳能电池由下至上依次包括透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和顶电极。
5.根据权利要求4所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述透明导电层包括ito、fto或azo中的任一种，厚度为30.0-50.0nm；所述空穴传输层包括spiro-ometad、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]或niox中的任一种，厚度为20.0-100.0nm；所述光吸收层包括有机-无机杂化钙钛矿材料或有机半导体材料中的任一种，厚度为100.0-700.0nm；所述电子传输层包括氧化锡、氧化钛或氧化锌中的任一种，厚度为20.0-100.0nm；所述金属电极包括au或ag中的任一种，厚度为3.0-10.0μm。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述无机材料钝化层为采用原子层沉积、磁控溅射或者热蒸镀方法制备得到的mgf2层、si3n4层、sio2层、tio2层和al2o3层中的任一种，厚度为10.0-100.0nm。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述有机材料缓冲层的材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性或oca光学胶中的任一种，厚度为20.0-100.0μm。
8.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池片，其特征在于，所述封装粘结剂层为使用激光低温烧结无机粘结剂或uv固化有机粘结剂的方式制备而得，其中激光波长为800.0-1600.00nm。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的超薄玻璃封装的薄膜太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中，使用激光低温烧结无机粘结剂时，使无机粘结层与太阳能电池的距离不小于2.0mm。
