近十年來(lái)，鉛基鹵化物鈣鈦礦光伏電池以其強(qiáng)光吸收、可溶液加工、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)而備受全球關(guān)注，已成為第三代新型光伏電池，其光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)25%，達(dá)到了商業(yè)化的水平，與鈣鈦礦光伏電池產(chǎn)業(yè)化配套行業(yè)也隨之發(fā)展起來(lái)。
鈣鈦礦光伏電池的封裝是其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的光伏封裝材料有乙烯醋酸乙烯酯（EVA）和聚乙烯醇縮丁醛（PVB）等，它們的封裝溫度為140～160℃，這么高的封裝溫度顯然不利于鈣鈦礦光伏電池的高性能化，盡管人們嘗試采用邊緣封裝工藝解決這個(gè)問(wèn)題，但其安全性和電池?fù)p壞后的鉛泄露對(duì)環(huán)境污染等問(wèn)題仍然是該領(lǐng)域的一個(gè)難題。
文中采用自由基共聚合，以丙烯酸、丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯為反應(yīng)單體，制備了一種丙烯酸酯類熱熔膠（AHMA），將其在80℃和0.05MPA條件下與PVB薄膜組合，成功實(shí)現(xiàn)了安全夾層鈣鈦礦光伏電池的高效穩(wěn)定封裝；通過(guò)對(duì)其抗沖擊性、鉛泄露和光電轉(zhuǎn)換效率的表征，證實(shí)了AHMA是一種適用于鈣鈦礦光伏電池的環(huán)保封裝材料。
丙烯酸含量的變化勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致AHMA耐水性的變化，文中對(duì)不同丙烯酸含量AHMA的靜態(tài)水接觸角測(cè)試如圖1所示。
隨著體系中丙烯酸含量逐漸增加，AHMA的表面水接觸角數(shù)值逐漸減小，當(dāng)丙烯酸含量為9%時(shí)，水接觸角達(dá)到最小值65.3°，這是由于隨著丙烯酸含量的增加，體系中羧基含量增加，親水基團(tuán)富集在AHMA內(nèi)部和表面，進(jìn)而降低了對(duì)水的屏蔽作用，水分子進(jìn)入容易，進(jìn)而親水性能增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了從疏水性到親水性轉(zhuǎn)變。由于體系中含有酯基，AHMA又是一種不溶于水的聚合物，因此為該聚合物能夠吸附雨水中的鉛離子奠定了基礎(chǔ)。
根據(jù)離子吸附作用，水溶液中的鉛離子可以被AHMA的羧基吸附，AHMA的鉛吸附特性曲線如圖2所示。
從圖2可以看出，在40℃下，140MGAHMA可吸附PB（NO3）2溶液（PH＝4.2，40ML）中0.5MG／L的鉛離子。
通過(guò)熱失重分析（TGA）研究了AHMA的耐熱性能，AHMA的熱失重曲線如圖3所示。
304℃條件下，AHMA的重量損失小于5%，說(shuō)明該材料具有良好的熱穩(wěn)定性，能夠滿足PSCS的使用溫度要求。
從圖4可以看出，AHMA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（TG）和熔融溫度（TM）分別為－26℃和75℃。它既可以在－26～75℃長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，也可以在80℃下封裝，這正好滿足了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的封裝和使用要求。
評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊泄漏有毒鉛的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖5所示。
圖5?評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊泄漏有毒鉛的實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖
由圖5可知，根據(jù)ASTME1038標(biāo)準(zhǔn)，模擬了鈣鈦礦光伏組件在實(shí)際工況條件下的冰雹損傷（100G鋼球，50.8CM），模擬酸性強(qiáng)降雨（PH＝4.2／7.0，5ML／H）在受損太陽(yáng)能微型組件上滴水，均形成約為1CM2的滴水面積，通過(guò)ICP－MS檢測(cè)收集雨水中PB2+濃度，表征受損裝置滴水后的鉛泄露。
受損裝置滴水后收集液中PB2+濃度見(jiàn)表1。
表1?受損裝置滴水后收集液中PB2+濃度
分別用PVB和PVB－AHMA封裝PBI2薄膜、鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦器件，在50.8CM高處使用100G鋼球進(jìn)行自由落體沖擊來(lái)檢測(cè)樣品的抗沖擊性，受損樣品再以5ML／H條件滴水觀察，封裝和未封裝設(shè)備圖像及落球沖擊和滴水實(shí)驗(yàn)后的圖像如圖6所示。
圖6（A1）～（G1）中，受損微模塊中的ITO和封裝玻璃破裂。PVB和PVB－AHMA封裝的PBI2薄膜、鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦器件極強(qiáng)的抗沖擊性與未封裝鈣鈦礦器件的不抗沖擊性形成鮮明對(duì)比，可以看出，AHMA與PBI2薄膜、鈣鈦礦薄膜、鈣鈦礦器件和PVB封裝材料都具有良好的附著力。
圖6 封裝和未封裝設(shè)備圖像及落球沖擊和滴水實(shí)驗(yàn)后的圖像
雨水沖刷是光伏建筑一體化的常見(jiàn)工況。在這項(xiàng)工作中，首先，模擬強(qiáng)降雨（PH＝7.0，5ML／H）在受損的PBI2薄膜和鈣鈦礦薄膜封裝設(shè)備上滴水，由表1（A2）、（B2）可知，強(qiáng)降雨1.5H后，PVB－AHMA組合封裝比PVB封裝的PBI2薄膜減少了51%的鉛泄露。
由表1（C2）、（D2）可知，強(qiáng)降雨48H后，PVB－AHMA組合封裝比PVB封裝的鈣鈦礦薄膜減少了92%的鉛泄露。由圖6（C2）、（D2）可以看出，PVB封裝設(shè)備在經(jīng)歷48H沖刷后，有部分玻璃脫落，但是PVB－AHMA封裝設(shè)備并未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，證明在粘接和耐水的綜合性能方面AHMA優(yōu)于PVB。
然后，模擬更惡劣的降雨工況（PH＝4.2，5ML／H）在受損的鈣鈦礦器件封裝設(shè)備上滴水，由表1（E2）、（f2）可知，強(qiáng)降雨1.5H后，PVB－AHMA組合封裝比PVB封裝的鈣鈦礦器件減少了99%的鉛泄露。
由表1（E2）~（G2）可知，強(qiáng)降雨1.5H后，PVB封裝比未封裝的鈣鈦礦器件減少了96%的鉛泄露，證明PVB極強(qiáng)的抗沖擊性可防止雨水進(jìn)入受損的鈣鈦礦器件，減少有毒鉛的泄漏。
如前所述，自由鉛離子可被AHMA進(jìn)一步吸附。嚴(yán)重?fù)p壞PSCS大于99%的鉛泄漏可被AHMA吸附和阻隔，避免了鈣鈦礦光伏建筑一體化可能造成的環(huán)境污染。
PVB－玻璃可以在130°C下熱壓2H獲得，然后將AHMA均勻地涂覆在PVB表面上，并在80℃下與PSCS熱壓20MIN，最終得到封裝后的PSCS。一般鈣鈦礦光伏電池在80°C下非常穩(wěn)定，因此，本工作避免了PSCS在高溫封裝過(guò)程中的器件分解。最后，在設(shè)備周圍使用防水膠密封，用于防水。封裝前后PSCS的性能參數(shù)見(jiàn)表2。
表2?封裝前后PSCS的性能參數(shù)
基于ITO／SNO2／CSFAMAPBI3／PEAI／SPIRO－OMETAD／MOO3／Aｕ結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，封裝前PCE為21.58%。
基于相同結(jié)構(gòu)的PSCS，封裝后實(shí)現(xiàn)了20.88%的PCE，穩(wěn)定性良好。另外，在正向和反向電壓掃描下，器件封裝前后的J－V曲線基本重合，表明AHMA和PVB封裝的PSCS沒(méi)有界面缺陷。
通過(guò)自由基共聚合成了一種丙烯酸酯類熱熔膠（AHMA），它可以通過(guò)離子相互作用吸收水溶液中的PB2+，利用該特性制備了基于“玻璃／鈣鈦礦電池／AHMA／PVB／玻璃”結(jié)構(gòu)的安全夾層鈣鈦礦光伏電池，封裝后的光伏電池具有優(yōu)異的抗沖擊性，在遭受1.5H強(qiáng)降雨后，受損PSCS的鉛泄漏量可以減少到1μG／L，低于飲用水中的鉛安全水平，為鈣鈦礦光伏建筑一體化奠定了基礎(chǔ)。
來(lái)源：鈣鈦礦光伏電池封裝材料的合成及性能研究
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