金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其低成本和高效率而备受关注。然而，这些设备的稳定性差仍然是其商业化道路上的关键挑战。为了克服这个问题，必须开发一种强大的封装技术，采用合适的材料和结构，对外部环境具有高阻隔性能来保护PSC。本文讨论了钙钛矿作为光吸收体的降解机理，以期为封装技术的发展指明方向。由于金属卤化物杂化钙钛矿的独特性质，必须进一步改进商用光伏（如硅太阳能电池）中使用的现有封装方法。

　　近年来，金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究和开发工作已经广泛。封装是解决稳定性问题和延长设备使用寿命的最佳方法之一。由于金属卤化物钙钛矿对热和光的高敏感性，必须进一步改进商业光伏器件（如硅太阳能电池）中的封装方法。为此，本文系统总结了该热点领域在封装策略、主要挑战和鼓舞人心的前景方面最重要的研究成果。本文综述了PSCs的内部包封和新兴的非间隙包封及其对相降解、光照稳定性、热稳定性等的相应影响。相信在不久的将来，通过科研人员的不懈努力，金属卤化物PSCs将实现商业化。

　　水分影响：首先阐明了金属卤化物钙钛矿MAPbl3和MAPbBr3在高湿条件下的降解过程。基本上，在初始阶段，水分子和钙钛矿表面的非配位I原子之间可以迅速而容易地形成氢键，有效地减少了非辐射重组然后，水蒸气穿透钙钛矿表面和钙钛矿结构边界，形成可逆的中间产物MAPbl3-H2O和MAPbl32H2O水合物质，通过水与有机阳离子之间的强氢键，可以减弱有机阳离子与无机Pbl6支架之间的键合，这一步被认为是水分诱导钙钛矿降解的关键步骤。此外，水使碘化物质子化生成挥发性卤化物酸。因此，剩下的是没有光电特性卤化铅(PbX2)的黄色分解产物(图1)。

　　水对钙钛矿的积极和消极影响如图2A所示。在钙钛矿的沉积过程中，低湿度可能有利于它们的形态和载体行为。然而，已经证实，水会在高湿度环境或长期使用期间严重损坏钙钛矿。值得注意的是用于串联太阳能电池的宽带隙钙钛矿，CsPbI3对水分高度敏感，大气中的水分可以显著加速黑色到黄色的相变（图2B）。因此，为了避免PSCs长期使用过程中的水分损坏，对水的不透过性是封装选择的重要参数。

　　氧气影响：传统的铅基钙钛矿已经被证明在黑暗中对氧气相对稳定然而，在光刺激下产生的碘化物空位迅速增加，促进了氧快速扩散到CH3NH3Pbl3薄膜中(图3A)。与此同时形成具有高活性的光诱导超氧化物，它使有机阳离子(如MA+)去质子化，从而产生水、MA、l2和Pbl2的分解产物。目前用于硅太阳能电池、有机太阳能电池等的封装材料可以有效地阻断氧气的渗透。

　　Sn基钙钛矿比Pb基钙钛矿对氧更敏感，器件制造和长期老化过程中氧气的存在会引起严重的氧化现象，导致Sn基钙钛矿的大量P型掺杂。当氧浓度分别增加到10 ppm和100 ppm时，相应的Sn4+比率分别提高到31.2%和54.4%。即使在极低的氧浓度下也能被氧化。因此，封装材料应有效抵抗氧气渗透并防止氧化老化产物的形成。

　　热影响：钙钛矿的热不稳定性主要来自制造、封装和长期使用过程中热处理过程中的相传递和化学分解。随着温度的升高，挥发性MA组分会导致MA基钙钛矿分离更严重的是，在水分和氧气的作用下，HI和l2物质将进一步从钙钛矿中逸出，并与银或铜电极反应，导致钙钛矿分解和PSC降解。因此在封装过程中热固化胶材料的选择应更加严苛，以避免在器件封装过程中钙钛矿的降解。

　　光照影响：作为离子半导体，金属卤化物钙钛矿已被证明容易发生离子迁移，特别是在光照下，导致相分离和光分解。对于钙钛矿材料已经有研究证明，主要为紫外光下的影响。此外，更多的研究认为离子迁移与卤化物空位浓度的增加有关。碘空位和中性碘是由碘离子和光生空穴相互作用产生的。半径小于碘离子的中性碘很容易移动到间质部位，碘空位为离子迁移提供了通道，并导致离子电导率的增强。离子迁移可以改变内置电场，然后抑制电极界面处的载流子积累。然而，对于长时间照明，增强的离子迁移应该会增加滞后、相降解和光分解。

　　PSCs的封装方法与硅太阳能电池、有机太阳能电池等类似，包括玻璃封装、聚合物封装、薄膜封装等。间隙封装结构(图4A)采用覆盖薄玻璃并用杜邦Surlyn聚合物密封边缘。无间隙封装结构(图4B)利用两片3毫米厚的玻璃覆盖电池，乙酸乙烯乙烯(EVA)作为底部和顶部的封装剂，丁基橡胶作为边缘，密封。然后在140°C下，用1000 mbar的压力加压20分钟，以软化边缘密封并固化封装剂。而后深入研究发现非缝隙封装(图4B)比缝隙封装更有效。采用气相色谱-质谱联用分析方法，发现非间隙封装可以抑制热应力下有机杂化钙钛矿分解的标志性挥发性产物(图4C)。获得了寿命超过1800小时的PSCs，首次超过IEC 61215:2016标准的要求。因此，间隙封装和非间隙封装将被详细地总结用于制造高稳定的PSCs 。

　　间隙封装的影响：间隙封装始终采用覆盖层（例如玻璃、聚合物板）和边缘密封，以避免氧气和水分从侧面渗透。最初来自硅技术，该策略可以显着提高硅太阳能电池的稳定性。为了进一步增强 PSC 对潮湿的长期稳定性，可以在盖玻片下方放置干燥剂，以吸收可能渗透到封装装置中的水蒸气，但少量干燥剂对入渗水的吸收能力有限，干燥剂不能消耗钙钛矿的分解产物（HI和MA）。

　　事实上，具有简单结构和制备工艺的间隙封装以相对较低的成本有效地阻止了水分和氧气的渗透。一些封装在室外环境中长期使用时会发生光降解。副产物会与 PSC 中的活性成分发生不利反应，导致光电性能下降。覆盖层和PSC之间没有封装胶可以大大减少偶然的降解。间隙封装方法作为一种商业封装策略具有巨大的潜力，适用于使用不含非挥发性成分的材料制造的器件。

　　无间隙封装的影响：在无间隙封装中，封装胶始终粘在光伏器件上，光伏器件与封装材料之间没有间隙，以抑制钙钛矿组件的挥发。由于材料选择和应用窗口宽阔，这种结构得到更广泛的应用。单层和多层封装是非间隙封装结构的两种主要类型。在本节中，将总结和讨论为每种结构中的商用PSC模块开发的最合适和最有效的技术。与多层封装相比，单层封装在制造和与太阳能电池集成方面简单，因此备受关注。封装材料的低成本和制备工艺增强了这种封装策略的商业化潜力。

　　单层无机材料如玻璃网格、聚合物和复合材料用于封装PSC、有机发光二极管、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池(图4B)。利用市售的不含添加剂(如溶剂、填料和粘合剂)的玻璃熔块作为封装剂，通过在120°C的工艺温度下对熔块进行局部激光辅助加热来实现粘合(图4D)。该方法适用于钙钛矿晶体，如三阳离子钙钛矿和无机HTM材料，如NiOx或具有高热稳定性的无HTM器件。应用聚乙烯醇-共乙烷(EVOH)封装可实现在水中浸泡5小时后，仍保持了86%的初始效率。然而，有机材料通常具有较弱的机械强度，可能无法承受20年的户外老化，这阻碍了其商业化。

　　多层封装是阻止水分、氧气和挥发性材料进入器件的最有希望的策略之一（图 4B）。多层封装结构基于堆叠多个无机或有机层，使每一层补充和增强整体结构的性能。有机层始终具有良好的加工性，并显示出良好的厚度均匀性。无机层具有良好的阻隔性能和良好的运行稳定性。采用紫外线固化粘合剂（UVCA）和石蜡作为密封剂，玻璃作为盖子。将UVCA均匀涂覆在PSC装置周围，然后用紫外光照射40 s。然后将浸入熔化石蜡中的封装玻璃覆盖在金电极侧的器件上。最后，封装的 PSC 在大气环境中的最大功率点输出下实现了 1,000 小时的使用寿命。由于封装剂与PSCs在非间隙封装中直接接触，应考虑拉伸应力以避免分层，这会导致水分和氧气从裂缝进入，加速钙钛矿的分解。在这方面，封装材料应表现出低弹性模量和热氧化，以减少层中的应力

　　材料要求：由于一些常用的PSC的易挥发性，其封装结构可分为间隙封装和非间隙封装。考虑到钙钛矿对水分、氧气、热量和光照的敏感性(如“金属卤化物钙钛矿的降解机制”一节所述)，必须对封装材料提出严格的要求，以避免对性能产生负面影响，并延长钙钛矿器件的使用寿命。合适的封装材料应满足以下要求。

　　(1)透光率高。低光吸收是封装材料的首要要求，特别是在400-800 nm波长范围内。应采用高折射率封装绝缘材料(高于PSC衬底的折射率)将折射损耗降至最低。此外，400-1100 nm的透光率应高于90%

　　(2)水、氧传输低。防止水分和氧气进入是商业封装的基本要素。PSCs的实际使用要求封装材料具有水蒸气透射性速率(WVTR)和透氧速率(OTR)分别为10-4-10-6 g/m-2/day和10-3-10-5 g/m-2/day。

　　(3)对钙钛矿具有化学惰性。封装材料不应与聚氯乙烯的吸光层和其他功能层发生反应。同时，在长期老化过程中，应避免封装材料的副产品。

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　　4)低温加工性。封装材料在固化过程中的高温会引起分解，导致PSC的效率下降。

　　(5)机械要求。在长期热循环过程中，需要良好的附着力和适当的热膨胀来防止分层。封装的设备可以承受恶劣而复杂的室外环境，如雨、沙尘暴、冰雹等。因此，需要良好的防风防雨性来保证长期使用。

　　(6)其他具体要求。针对不同的应用，提出了不同的封装要求。在空间环境中使用的封装材料必须能承受极端条件，需要高介电击穿和高体积电阻率来减少电势引起的衰退和泄漏电流此外，当用作可穿戴设备时，封装的psc应该是柔性灵活的。

　　材料要求：光伏设备的正面和背面是暴露最多的部件，必须对外部压力源具有高稳定性，并满足前面概述的其他要求。目前，大多数PSCs都是在刚性玻璃基板上制造的，具有优异的阻水性和阻氧性能，高透明度，长期耐候性和阻燃性，使其成为寿命超过20年的PSC的合适选择。然而，玻璃与柔性器件和卷对卷（R2R）加工的不兼容性限制了PSC模块在市场上的大规模生产和竞争力，需要对封装材料、工艺和策略建立更高的要求，以防止R2R封装过程中的效率下降。

　　封装胶：在常用的间隙封装和多层非间隙封装中，封装胶可以成功地将光伏器件与前后板粘合为毯状密封胶或边缘密封胶。此外，一些聚合物和薄膜封装剂覆盖整个光伏器件，并充当背板和粘合剂。根据制备方法的不同，封装胶粘剂主要包括四类：热固化材料（图5A）、紫外固化材料（图5B）、线C）和溶液处理材料（图5D）。

　　光伏器件的外部封装是一种抑制水分和氧气渗透的简单方法，提高了其环境稳定性。然而，有机-无机杂化钙钛矿的固有不稳定性问题可以通过照明和热应力源（例如空位、缺陷、离子迁移、相变和化学分解）引起。内部封装已被证明是解决这些问题的有效方法。内部封装的关键是在不牺牲电气和光学特性的情况下，有效地将器件与固有和外在应力源隔离开来。钙钛矿和其他功能层的内部封装方法主要为晶粒封装（图 8A）和界面封装。

　　晶粒封装：通过溶液方法制备的多晶钙钛矿薄膜中晶界的存在会产生许多缺陷，促进离子和分子在热和照明处理下的快速扩散。用聚苯乙烯-共-聚丙烯腈共聚物封装钙钛矿晶粒，显着抑制MA向外迁移（图8B）。因此，MAPbI3基于PSC在95°C老化24小时后平均保持100%的初始PCE。

　　界面封装：界面的封装常常针对于对于钙钛矿/HTM界面封装（图8C），钙钛矿/ETM界面封装（图8D）和对于HTM/电极界面封装（图8E）。内部封装层已被证明可以有效抑制固有的不稳定性，显示出制造稳定PSC的巨大潜力。值得一提的是，内部封装层应具有较薄的厚度和适当的能带，以避免载流子传输的障碍。内部封装的耐氧和湿气渗透能力不能满足商业 PSC 的要求。外部和内部封装应结合使用，以提高 PSC 对湿气、氧气、光照和热的抵抗力。

　　在本综述中，作者首先概述了金属卤化物PSC在各种环境压力源（如水分，氧气，热量和光照）下的降解机制。这为理解封装技术的发展提供了基础。接下来总结了各种外部封装结构和材料，包括间隙和非间隙封装。并讨论了不同封装材料的优点和局限性，包括热固化、紫外线固化、真空沉积和溶液处理材料，以及它们如何满足不同的要求。研究了专门为PSC设计的内部封装技术，例如晶粒封装和界面封装，它们有可能有效抑制缺陷密度，相分离和化学分解。该综述强调了包封在PSC商业化中的重要性，并提供了对这一关键技术的全面理解。最后，作者认为迄今为止，还没有理想的外部封装材料，它们都有一定的局限性，对此可以鼓励更多对于力学性质、和其他附加功能（如铅泄露、过滤紫外线、减少反射、提高光利用率等）方面的研究。

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