便携式双面光伏组件及其制备方法与流程

本技术涉及光伏发电，具体涉及一种便携式双面光伏组件及其制备方法。

背景技术：

1、相关技术中将钙钛矿电池与晶硅电池叠加组成叠层电池的方案，通过在晶硅电池上集成钙钛矿涂层，使钙钛矿吸收高能量的短波光、晶硅负责长波光吸收，实现吸收光谱互补。晶硅电池与钙钛矿电池的开路电压存在差异，若将两者直接串联叠加，由于电流匹配条件的限制，叠层电池的整体输出受限于电流较小的一方，导致效率损失；若将两者直接简单并联，则因电压不匹配会产生环流损耗，严重时甚至损坏电池。

2、因此，如何设计一种既具有双面光电转换能力，又可以解决晶硅电池与钙钛矿电池之间电压不匹配问题的便携式双面光伏组件，就成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决相关技术中存在的光伏组件背面无法发电以及晶硅电池与钙钛矿电池电压不匹配的问题。

2、为此，本技术第一方面提供了一种便携式双面光伏组件，包括：前板；防水背板，与前板相对设置；正面发电单元，设于前板和防水背板之间，正面发电单元包括由多个晶硅电池片串联连接形成的晶硅电池组；背面发电单元，设于正面发电单元和防水背板之间，背面发电单元包括由多个钙钛矿子电池片串联连接形成的钙钛矿电池组；晶硅电池组与钙钛矿电池组之间并联连接，晶硅电池组所含晶硅电池片的串联数量与钙钛矿电池组所含钙钛矿子电池片的串联数量的比值，根据晶硅电池片的开路电压与钙钛矿子电池片的开路电压的比值配置，以使晶硅电池组的输出电压与钙钛矿电池组的输出电压相匹配。

3、根据本技术提供的便携式双面光伏组件，包括前板、防水背板、正面发电单元和背面发电单元。前板和防水背板相对设置，正面发电单元设置在前板和防水背板之间。正面发电单元包括晶硅电池组，晶硅电池组由多个晶硅电池片串联连接形成。背面发电单元设置在正面发电单元和防水背板之间，背面发电单元包括钙钛矿电池组，钙钛矿电池组由多个钙钛矿子电池片串联连接形成，晶硅电池组与钙钛矿电池组之间为并联连接。晶硅电池组所含晶硅电池片的串联数量与钙钛矿电池组所含钙钛矿子电池片的串联数量之间存在比值关系，并且这个比值关系根据晶硅电池片的开路电压与钙钛矿子电池片的开路电压的比值配置，使得晶硅电池组的输出电压与钙钛矿电池组的输出电压相匹配。前板作为正面保护层，允许阳光透过前板照射到正面发电单元。防水背板位于便携式双面光伏组件的背面，防水背板能够阻挡外部水汽从组件背面进入组件内部。正面发电单元中的晶硅电池片吸收透过前板的阳光并转换为电能。背面发电单元中的钙钛矿子电池片能够吸收从防水背板一侧入射的光线，包括地面反射光和周围环境的散射光，并将光能转换为电能。

4、由于晶硅电池组和钙钛矿电池组分别设置在组件的正面侧和背面侧，两组电池各自独立接收光线并进行光电转换。晶硅电池组的输出电压由串联连接的晶硅电池片的数量和每个晶硅电池片的开路电压决定。钙钛矿电池组的输出电压由串联连接的钙钛矿子电池片的数量和每个钙钛矿子电池片的开路电压决定。根据两种电池的开路电压的比值配置串联数量的比值，能够使两组电池在各自独立工作状态下输出大致相等的电压。两组电池以并联方式连接时，由于输出电压已经匹配，两组电池之间不会因电压差异产生环流损耗。并联连接允许两组电池各自工作于不同的电流输出水平，不会因电流差异而互相制约。因此，本技术的便携式双面光伏组件具有双面发电能力，能够同时利用正面直射阳光和背面散射光及反射光进行发电，提升了单位面积的光能利用率。晶硅电池组和钙钛矿电池组分别位于便携式双面光伏组件的正面侧和背面侧，各自独立进行光电转换，两组电池之间通过并联方式连接。通过根据开路电压比值配置串联数量比值，使两组电池的输出电压相匹配，避免了直接简单并联时因电压不匹配产生的环流损耗，也避免了直接串联叠加时因电流限制导致的效率损失。在不增加整体面积的前提下，本技术通过背面发电单元的设置增加了总发电量，提升了便携式双面光伏组件的整体输出功率和实际使用场景下的发电性能。

5、在一些实施例中，可选地，钙钛矿电池组包括：第一导电层，设于防水背板朝向正面发电单元的一侧；钙钛矿光吸收层，设于第一导电层朝向正面发电单元的一侧；第二导电层，设于钙钛矿光吸收层朝向正面发电单元的一侧；其中，钙钛矿光吸收层通过激光蚀刻划分为沿第一方向间隔排布的多个钙钛矿子电池片，相邻钙钛矿子电池片之间通过第二导电层与第一导电层串联连接。

6、如此，通过激光蚀刻将大面积钙钛矿光吸收层划分为多个子电池并串联连接，能够在保证钙钛矿电池组具有较高输出电压的同时满足与晶硅电池组电压匹配的要求。防水背板直接承载钙钛矿电池组并为钙钛矿材料提供水汽屏障，从而缓解钙钛矿材料因水汽侵入导致的性能衰减问题，提升便携式双面光伏组件的使用寿命。

7、可选地，第一导电层和第二导电层采用透明导电材料，使光线能够穿过第一导电层和第二导电层到达钙钛矿光吸收层，同时使得从防水背板一侧入射的光线也能够进入钙钛矿光吸收层被吸收利用。

8、在一些实施例中，可选地，钙钛矿光吸收层上间隔设有多个隔离槽，多个隔离槽将钙钛矿光吸收层分隔为多个沿第一方向间隔排布的钙钛矿子电池片；隔离槽包括相邻设置的第一蚀刻槽和第二蚀刻槽，第一蚀刻槽贯穿钙钛矿光吸收层并暴露第一导电层，第二蚀刻槽贯穿第一导电层和钙钛矿光吸收层。

9、如此，隔离槽有利于使钙钛矿电池组获得较高的输出电压，同时有利于使钙钛矿电池组的输出电压与晶硅电池组的输出电压相匹配。

10、在一些实施例中，可选地，第一蚀刻槽包括绝缘部和导电连接通道，导电连接通道位于绝缘部和第二蚀刻槽之间；第一蚀刻槽的绝缘部内填充有第一绝缘层，第二蚀刻槽内填充有第二绝缘层；钙钛矿电池组还包括导电连接层，导电连接通道内填充有导电连接层，导电连接层将一个钙钛矿子电池片的第二导电层和相邻的钙钛矿子电池片的第一导电层串联连接；钙钛矿电池组还包括多个第三蚀刻槽，第三蚀刻槽设于第一蚀刻槽背离第一导电层的一侧，且第三蚀刻槽贯穿第二导电层，以将相邻两个钙钛矿子电池片之间的第二导电层和导电连接层断开。

11、如此，通过第一蚀刻槽、第二蚀刻槽和第三蚀刻槽的配合，多个钙钛矿子电池片形成串联连接的钙钛矿电池组。本技术通过调整钙钛矿子电池片的串联数量，能够使钙钛矿电池组的输出电压与晶硅电池组的输出电压相匹配。同时，第一蚀刻槽和第二蚀刻槽中填充的绝缘材料和导电材料，有利于减小串联连接区域的电阻损耗，提升整体的光电转换效率。

12、可选地，底部电极和顶部电极中的一个为正极，另一个为负极。

13、在一些实施例中，可选地，所述钙钛矿子电池片的串联数量n与所述晶硅电池片的串联数量m满足：

14、；

15、其中，表示单个所述晶硅电池片的开路电压，表示单个所述钙钛矿子电池片的开路电压，α表示补偿系数，α大于等于0.9且小于等于1.1。

16、如此，本技术通过上述公式构建了晶硅电池组与钙钛矿电池组之间串联数量比与开路电压比的精确匹配关系，并引入补偿系数α为工程偏差预留了调节余量，使得两组电池在工作温度变化和批量生产的误差下，仍能够维持输出电压的基本匹配，从根本上消除了因电压失配产生的环流损耗。

17、可选地，单个晶硅电池片的开路电压为0.71v，单个钙钛矿子电池片的开路电压为1.1v；和/或钙钛矿子电池片的串联数量与晶硅电池片的串联数量之比为6：10。

18、如此，通过将钙钛矿子电池片的串联数量与晶硅电池片的串联数量配置为6：10，使钙钛矿电池组的总输出电压与晶硅电池组的总输出电压基本一致，避免了因电压差异在两组电池之间产生环流损耗，也避免了将两组电池直接串联叠加时因电流限制导致的效率损失。

19、可选地，防水背板的水汽透过率小于等于6×10-5 g/（m2·day）。

20、如此，防水背板同时具备透光性，光线能够穿过防水背板到达钙钛矿光吸收层，使钙钛矿电池组能够利用从便携式双面光伏组件背面入射的光线进行发电，同时有利于提升便携式双面光伏组件的整体输出功率和使用寿命。

21、在一些实施例中，可选地，便携式双面光伏组件还包括：第一胶膜，设于前板和正面发电单元之间；第二胶膜，设于正面发电单元和背面发电单元之间。

22、如此，第一胶膜和第二胶膜具有较高的透光率，有利于光线透过胶膜到达正面发电单元和背面发电单元，减少光学损失。第一胶膜和第二胶膜在交联固化后形成致密的封装层，有利于提升便携式双面光伏组件的整体结构稳定性和密封性能。

23、可选地，第一胶膜和第二胶膜均为超低温交联型poe（polyolefin elastomer，聚烯烃弹性体）胶膜，层压封装温度能够降低至120℃±5℃，避免传统层压封装温度对钙钛矿光吸收层的热损伤。

24、在一些实施例中，可选地，前板包括pet（polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）基板和含氟涂层，含氟涂层设于pet基板背离防水背板一侧的表面；前板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.6mm。

25、如此，含氟涂层具有疏水性，能够减少灰尘和污染物在前板表面的附着量。含氟涂层能够抵抗紫外光对pet基板的辐射损伤，延缓pet基板在户外使用过程中的老化。

26、前板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.6mm，使前板具有足够的机械强度以支撑正面发电单元和背面发电单元，同时维持便携式双面光伏组件的柔性和轻量化。

27、基于同一技术构思，本技术第二方面提供了一种便携式双面光伏组件的制备方法，用于制备如第一方面提出的便携式双面光伏组件，便携式双面光伏组件的制备方法包括：获取前板、防水背板、晶硅电池片和钙钛矿电池组；将晶硅电池片通过焊带串联焊接，形成晶硅电池组；根据晶硅电池组的输出电压，确定所需串联连接的钙钛矿子电池片的数量；通过激光蚀刻将钙钛矿电池组分割为多个钙钛矿子电池片，并将多个钙钛矿子电池片串联；将晶硅电池组的输出端与钙钛矿电池组的输出端并联连接；按照前板、第一胶膜、晶硅电池组、第二胶膜、钙钛矿电池组及防水背板的顺序依次叠置形成层叠结构；将层叠结构层压封装得到便携式双面光伏组件。

28、根据本技术提出的便携式双面光伏组件的制备方法，获取前板、防水背板、晶硅电池片和钙钛矿电池组作为制备方法的起始物料。晶硅电池片通过焊带串联焊接形成晶硅电池组，串联焊接使多个晶硅电池片的电压叠加，晶硅电池组的输出电压由晶硅电池片的串联数量和单个晶硅电池片的开路电压决定。根据晶硅电池组的输出电压确定钙钛矿子电池片的串联数量，使钙钛矿电池组的输出电压与晶硅电池组的输出电压匹配。激光蚀刻将整片钙钛矿电池组分割为多个钙钛矿子电池片，被分割后的钙钛矿子电池片再通过导电材料串联连接，实现钙钛矿电池组内部多个子电池的电压叠加。将晶硅电池组的输出端与钙钛矿电池组的输出端并联连接，使两组电池共同对外供电。按照前板、第一胶膜、晶硅电池组、第二胶膜、钙钛矿电池组及防水背板的顺序依次叠置，形成完整的层叠结构。层压封装使第一胶膜和第二胶膜在受热条件下交联固化，将各层材料粘接为一体，形成完整的便携式双面光伏组件。本技术根据晶硅电池组的输出电压确定钙钛矿子电池片的串联数量，使两组电池的输出电压达到匹配，避免了直接并联时因电压不匹配产生的环流损耗。通过激光蚀刻分割钙钛矿电池组并在分割后进行串联连接，能够灵活调整钙钛矿子电池片的串联数量以适应不同的电压匹配需求。按照特定顺序叠置各层材料并进行层压封装，形成一体化的层叠结构，有利于提高组件的结构稳定性和密封性能。

29、在一些实施例中，可选地，通过激光蚀刻将钙钛矿电池组分割为多个钙钛矿子电池片，并将多个钙钛矿子电池片串联的步骤，包括：在防水背板朝向正面发电单元的一侧依次制备第一导电层和钙钛矿光吸收层；采用激光蚀刻形成相邻设置的第一蚀刻槽和第二蚀刻槽，第一蚀刻槽贯穿钙钛矿光吸收层，并暴露第一导电层，第二蚀刻槽贯穿第一导电层和钙钛矿光吸收层；在第二蚀刻槽内填充第二绝缘层，在部分第一蚀刻槽内填充第一绝缘层，且第一绝缘层和第二绝缘层具有间隙；在钙钛矿光吸收层背离防水背板的一侧沉积导电材料，部分导电材料进入到第一绝缘层和第二绝缘层的间隙，形成导电连接层，剩余的导电材料在钙钛矿光吸收层的表面形成第二导电层；采用激光蚀刻在背离第一蚀刻槽的一侧形成第三蚀刻槽，第三蚀刻槽贯穿第二导电层，以断开相邻两个钙钛矿子电池片之间的第二导电层和导电连接层。

30、如此，通过第一蚀刻槽、第二蚀刻槽、第一绝缘层、第二绝缘层、导电连接层和第三蚀刻槽的配合，多个钙钛矿子电池片形成串联连接的钙钛矿电池组。钙钛矿子电池片的串联数量可以根据需要灵活调整以满足与晶硅电池组的电压匹配要求，有利于制备出双面发电且电压匹配的便携式双面光伏组件。

31、可选地，在防水背板朝向正面发电单元的一侧依次制备第一导电层和钙钛矿光吸收层之前，还包括：将防水背板临时贴合于刚性载板上；在防水背板背离刚性载板的一侧，采用湿法涂布工艺制备钙钛矿光吸收材料，湿法涂布工艺选自狭缝涂布、刮涂或辊涂中的至少一种；通过控制结晶过程使钙钛矿光吸收材料形成钙钛矿光吸收层，控制结晶过程的方式包括氮气吹拂、真空辅助或溶剂退火中的至少一种。

32、在一些实施例中，可选地，将层叠结构层压封装得到便携式双面光伏组件的步骤，包括：将层叠结构置于层压机中；采用分段加压方式进行层压，分段加压方式包括依次进行的第一加压阶段、第二加压阶段和第三加压阶段；其中，第一加压阶段的压力大于等于18kpa且小于等于22kpa，持续时间大于等于50s且小于等于70s，第二加压阶段的压力大于等于45kpa且小于等于55kpa，持续时间大于等于50s且小于等于70s，第三加压阶段的压力大于等于27kpa且小于等于33kpa，持续时间大于等于1000s且小于等于1400s。

33、如此，第一加压阶段为低压排气阶段，对层叠结构施加较低压力，将各层材料之间残留的空气排出，避免空气残留在层叠结构中形成气泡。第二加压阶段为高压交联阶段，较高的压力能够促进第一胶膜和第二胶膜充分交联固化，同时使各层材料之间形成紧密粘接。第三加压阶段为低压保压阶段，较低的压力减少了层叠结构内部残留应力，避免应力过大导致晶硅电池片和钙钛矿子电池片产生裂片。

34、可选地，层压温度控制在120℃±5℃，低于钙钛矿材料发生热分解的温度阈值，避免高温对钙钛矿光吸收层的结构和性能造成破坏。