一种分区控温的钙钛矿电池封装热台装置及其封装方法与流程

本发明涉及太阳能电池封装，尤其是一种分区控温的钙钛矿电池封装热台装置及其封装方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells, pscs）作为第三代新型光伏技术的代表，因其具备高光吸收系数、长载流子扩散长度以及可溶液法制备等优势，其光电转换效率在近年来的实验室研究中已迅速上升，展现出巨大的商业化应用前景。

2、然而，钙钛矿材料对热极其敏感。由于钙钛矿晶体以配位键堆叠而非共价键键结，在高温条件下有机组分易于分解，且材料对水气和氧气等环境因素十分敏感。因此，高质量的封装是保证器件长期稳定性的关键。

3、在当前的实验室研发及产业化前期探索中，主流的封装结构通常采用“背板玻璃/柔性背板 + 四周丁基胶边框 + 钙钛矿电池芯片”的三明治叠层形式。该封装工艺的核心在于通过热压设备对边缘丁基胶施加热量与压力，使其熔融并产生粘接流动性，从而在电池边缘形成致密的横向水氧阻隔层。由于丁基胶材料的热活化特性，其熔融密封温度通常需维持在110～125℃之间，且需要一定的保压时间以确保充分交联与浸润。

4、针对上述热压工艺，现有热压设备多采用热台整体均匀加热模式或传统的电阻加热平板结构。在此类加热方式下，为了达到边缘丁基胶的预设工艺温度，热源产生的热量必须经由封装背板或直接通过热辐射传导至整个封装区域。热量会不可避免地大量传导至位于中间区域的钙钛矿电池，使电池长时间暴露于高温环境中，容易引起钙钛矿层成分和结构的变化，导致器件光电性能不可逆地下降甚至完全失效。

5、为降低该高温对中心电池区域的损伤，现有技术进行了一些探索性尝试。例如，中国专利cn118042851a提出了一种降低热压损伤的封装方法，其通过在相对设置的第一加热板与第二加热板表面进行异质化热导率区域设计，具体为：在第一加热板表面采用不同导热率的材料分区（高导热率区域对应电池边缘丁基胶位置，低导热率区域对应电池中心位置），并在第二加热板上设置被动式散热凸起，以期通过物理隔离机制减少中心区域的热量蓄积。然而，该方案本质上仍依赖于材料热导率差异的物理隔离机制，在连续热压条件下中心区存在约30℃温升（实测82℃→方案目标50℃），热隔离效果仍有较大提升空间。

6、另外，中国专利 cn117750848a 提出了一种两步法/多步法封装工艺，先使用第一封装胶材在较低温度或短时间内压合主体，取出冷却后再使用eva热熔胶（100℃）使用胶枪进行二次封边处理。这种多步法工艺虽然在一定程度上避开了主体的持续高温，但极大地增加了操作复杂度和封装耗时，无法满足高效实验室研发及未来小试线的一体化作业需求。

7、因此，如何在单一平面、单次热压工序内，通过主动且精准的热动力学干预，彻底阻断热传导并强效排散中心余热，是目前大面积钙钛矿电池封装面临的瓶颈问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种分区控温的钙钛矿电池封装热台装置及其封装方法。本发明的封装热台装置通过“同面异温”的协同热管理，在确保边缘胶材充分熔融密封的同时，将中心电池区域温度严格控制在热损伤阈值以下，显著提升了钙钛矿电池的封装良率和长期稳定性，尤其适用于大面积组件的封装。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，具有热台主体，热台主体包括内外分布的中间散热区和外围加热区，中间散热区和外围加热区之间设有隔热层；

3、所述中间散热区设有用于对钙钛矿电池区域进行主动降温的散热组件，外围加热区设有用于对封装胶材进行熔融加热的加热组件；

4、还包括温控组件，独立控制所述加热组件的产热功率和所述散热组件的散热功率，以维持加热组件和散热组件的温度。

5、进一步地，所述加热组件包括红外辐射加热管、电热丝、电热膜中的一种或多种；所述散热组件包括散热翅片、风冷通道、冷却水回路、半导体制冷片中的一种或多种。

6、若所述加热组件为红外辐射加热管，中间散热区高于外围加热区设置，中间散热区顶端和外围加热区顶端之间的距离h为30～80mm。h<30 mm：辐射光斑过密，封装胶材局部超 145℃，导致热降解及封装边缘微气泡。h>80 mm：辐射功率密度不足，5 min时封装胶材仅95～105℃，无法充分熔融密封

7、若所述加热组件为电热丝或电热膜，外围加热区、中间散热区和隔热层三者顶端齐平设置。

8、进一步地，所述外围加热区的宽度w满足：w=胶材宽度+（0～10）mm。

9、进一步地，所述隔热层（130）导热系数为0.02～0.05 w/(m·k)，隔热层（130）的材质为气凝胶、陶瓷纤维或云母片。

10、进一步地，所述温控组件包括设置在所述中间散热区表面的第二温度传感器，用于实时反馈并将该区域温度维持在40～60℃。

11、一种利用上述装置进行钙钛矿电池封装的方法，包括以下步骤：

12、步骤s1、将待封装组件放置于热台主体上，使待封装组件上的封装胶材与外围加热区对齐，使待封装组件上的钙钛矿电池与中间散热区对齐；

13、步骤s2、通过所述温控组件控制加热组件升温至100～130℃，同时控制散热组件启动；

14、步骤s3、在所述封装胶材熔融期间，通过温控系统控制中间散热区的温度为40～60℃；

15、步骤s4、待所述封装胶材充分熔融并形成密封粘接后，停止加热，取出封装完成的器件。

16、进一步地，所述步骤s1中，封装胶材为丁基胶。

17、本发明的有益效果是，本发明设计合理，具有以下优点：

18、1、区别于现有技术的局部加热，本发明在同一热台平面上集成了“外围主动加热”与“中心主动散热”两种对抗性的热动力学过程，并通过物理隔热层强化其独立性；这种结构能够主动、精准地干预温度场分布，从根本上解决了大面积组件热累积效应，这是被动隔热方案无法实现的；

19、2、本发明能够将电池中心区域的温度严格控制在40～60℃甚至更低，实现了对钙钛矿材料的“零热损伤”封装；对比实验数据有力地证明：采用本发明装置，封装前后的光电转换效率衰减率可低于2%，远优于传统整体加热（衰减>15%）；

20、3、本发明的加热方式灵活，支持接触式（电热）和非接触式（红外）等多种模式，可适配不同类型的钙钛矿组件和封装胶材，尤其适用于对热极度敏感的新型材料体系和大面积组件的制备。

1.一种分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：具有热台主体，热台主体包括内外分布的中间散热区（120）和外围加热区（110），中间散热区（120）和外围加热区（110）之间设有隔热层（130），中间散热区（120）和隔热层（130）形成一个整体；

2.根据权利要求1所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述加热组件包括红外辐射加热管、电热丝、电热膜中的一种或多种；所述散热组件包括散热翅片、风冷通道、冷却水回路、半导体制冷片中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述加热组件为红外辐射加热管，中间散热区（120）高于外围加热区（110）设置，中间散热区（120）顶端和外围加热区（110）顶端之间的距离h为30～80mm。

4.根据权利要求2所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述加热组件为电热丝或电热膜，外围加热区（110）、中间散热区（120）和隔热层（130）三者顶端齐平设置。

5.根据权利要求1所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述外围加热区（110）的宽度w满足：w=胶材宽度+（0～10）mm。

6.根据权利要求1所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述隔热层（130）导热系数为0.02～0.05 w/(m·k)，隔热层（130）的材质为气凝胶、陶瓷纤维或云母片。

7.根据权利要求1所述的分区控温的钙钛矿电池封装热台装置，其特征在于：所述温控组件包括设置在所述中间散热区（120）表面的第二温度传感器，用于实时反馈并将该区域温度维持在40～60℃。

8.一种利用权利要求1～7任一项所述装置进行钙钛矿电池封装的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的分区控温的钙钛矿电池封装方法，其特征在于：所述步骤s1中，封装胶材（520）为丁基胶。