CN112786730B - 叠层光伏器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叠层光伏器件，涉及太阳能光伏技术领域。叠层光伏器件包括层叠设置的上层电池单元、下层电池单元、以及两者之间的第一导电陷光结构；叠层光伏器件还包括位于下层电池单元背光面一侧的第二陷光结构和位于上层电池单元向光面一侧的第三陷光结构中的至少一个；第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值；第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构在第一截面上形成分立的微结构，分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d1、d2、d3，微结构间的平均间距分别为w1、w2、w3；
Figure DDA0002842753120000011
Figure DDA0002842753120000012
叠层光伏器件提高了陷光效果，降低了吸收层厚度。

Description

叠层光伏器件
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种叠层光伏器件。
背景技术
叠层光伏器件可以将太阳光分成多个波段，从正面到背面，依次采用带隙逐渐减小的电池单元吸收不同能量的太阳光，以减少可见光波段能量损失，提升光电转换效率，因此，叠层光伏器件具有广泛的应用前景。
叠层光伏器件中，光吸收不完全或光学损失较为严重进而降低了器件的光电转换效率。
发明内容
本发明提供一种叠层光伏器件，旨在解决叠层光伏器件的光学损失较为严重、光电转换效率低的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种叠层光伏器件，所述叠层光伏器件包括：层叠设置的上层电池单元、下层电池单元、以及位于所述上层电池单元和所述下层电池单元之间的第一陷光结构；所述上层电池单元的带隙宽度大于所述下层电池单元的带隙宽度；
所述叠层光伏器件还包括位于所述下层电池单元背光面一侧的第二陷光结构和位于所述上层电池单元向光面一侧的第三陷光结构中的至少一个；
所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构均选自金属或半导体材料，三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值；
所述叠层光伏器件具有垂直于所述叠层光伏器件向光面的第一截面，所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构在所述第一截面上形成分立的微结构，所述分立的微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d1、d2、d3，所述微结构间的平均间距分别为w1、w2、w3；
至少存在一个所述第一截面，所述微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸和相邻所述微结构间的平均间距具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000021
光入射在叠层光伏器件后，光通过散射作用进入第一陷光结构的下方且发生多次反射，在一定程度上可以增加光程。同时，第一陷光结构中的自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果，一方面，第一陷光结构与入射光耦合，产生位于第一陷光结构的表面的局域等离子模态增强现象，入射光受到局域等离子模态增强的限制存在于第一陷光结构的表面周边区域，产生陷光效果。另一方面，第一陷光结构与入射光耦合，产生表面等离子激元，将入射光转换为沿横向传导的波导模态，改变了入射光的传导方向，极大的增加入射光的光程，可以有效地提高陷光效果，进而，通过较小厚度的吸收层即可达到优良的光吸收效果，可以降低各个电池单元中吸收层的厚度，进而降低各个电池单元的厚度，降低叠层光伏器件的整体厚度。光照射在第二陷光结构和/或第三陷光结构上之后，第二陷光结构和/或第三陷光结构中的自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果，提升对入射光的吸收量。同时，第二陷光结构在下层电池单元内形成针对较长波段入射光的多模谐振陷光效果，第三陷光结构在上层电池单元内形成针对较短波段入射光的多模谐振陷光效果，提升对入射光的吸收量。第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值，进而，通过三者的配合，几乎针对全部波长范围的入射光都进行了充分利用，提升了对入射光的吸收量。第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构的平均尺寸分别为d1、d2、d3、平均间距分别为w1、w2、w3；至少存在一个所述第一截面，所述微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸和相邻所述微结构间的平均间距具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000022
Figure GDA0003230527970000031
使得每相邻的两层陷光结构的散射截面针对波长均匹配，能够充分保证入射光的进入量，使得从叠层光伏器件射出的光更少，进一步提升对入射光的吸收量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中的第一种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图；
图2示出了本发明实施例中的第一陷光结构的结构示意图；
图3示出了本发明实施例中的一种叠层光伏器件的局部结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的另一种叠层光伏器件的局部结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的第二种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图；
图6示出了本发明实施例中的第三种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图；
图7示出了本发明实施例中的第四种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图。
附图编号说明：
1-下层电池单元，2-上层电池单元，21-上层电池单元的基底，22-上层电池单元的下传输层，23-上层电池单元的上传输层，3-第一陷光结构，31- 交叉线或平行线，32-粒子，33-平面板材，4-第三陷光结构，5-第二陷光结构，6-孔，7-电介质层，9-上功能层，10-下功能层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的第一种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图。参照图1所示，该叠层光伏器件包括层叠设置的上层电池单元2、下层电池单元1、以及位于上层电池单元2和下层电池单元1之间第一陷光结构3。上层电池单元2的带隙宽度大于下层电池单元1的带隙宽度。如，上层电池单元2的带隙宽度为1.5-3eV，进一步，上层电池单元2的带隙宽度为1.7-2.3eV。
需要说明的是，叠层光伏器件中包括的上层电池单元2和下层电池单元 1的数量不作具体限定。针对上层电池单元2和下层电池单元1的具体类型不作限定。可选的，上层电池单元2可以为钙钛矿电池、GaAs薄膜太阳电池、宽带隙CIGS太阳电池等。可选的，下层电池单元1为晶体硅电池或薄膜电池，下层电池单元1的选择多样。
可选的，下层电池单元1的向光面为平面结构，便于第一陷光结构3和上层电池单元2的设置。
叠层光伏器件还包括位于下层电池单元1背光面一侧的第二陷光结构5 和位于上层电池单元1向光面一侧的第三陷光结构4中的至少一个，具体的，该叠层光伏器件是第二陷光结构5、第三陷光结构4均有，还是只具有两者中的一个不作具体限定。如图1所示的叠层光伏器件，第二陷光结构5、第三陷光结构4均有。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4均选自金属或半导体材料，进而三者中的自由电子的浓度均较大，例如，三者中的自由电子的浓度均可以大于或等于1×1020cm-3。三者中的自由电子与入射的光均能产生耦合，形成多模谐振陷光效果，产生局域表面等离激元，即LSP(Localized Surface Plasmon)，提升了对入射光的吸收量。需要说明的是，第一陷光结构3还具有导电连接上层电池单元2和下层电池单元1的作用。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值，进而，通过三者的配合，几乎针对全部波长范围的入射光都进行了充分利用，提升了对入射光的吸收量。
叠层光伏器件向光面为叠层光伏器件接收光的一面，叠层光伏器件背光面与向光面相对。图1中带有箭头的线用于表征入射光。垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面有无数个。例如，图1所示即为一种第一截面的示意图。垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面在叠层光伏器件向光面上的投影可以与叠层光伏器件向光面的任一个边平行，或者，垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面在叠层光伏器件向光面上的投影可以与叠层光伏器件向光面的某一个边相交。本发明实施例中对第一截面具体是哪一个不作具体限定。图1所示的第一截面可以与叠层光伏器件向光面的某一个边平行。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4在上述第一截面上形成分立的微结构，分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影可以为线段。例如，第一陷光结构3形成分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影即为与w1的标注线平行的线段。第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4分别对应的分立的微结构，在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d1、d2、d3，微结构间的平均间距分别为w1、w2、w3。图2示出了本发明实施例中的第一陷光结构的结构示意图。图2中两条相交的虚线将图2 分为四个部分，分别为(a)、(b)、(c)、(d)。每个部分中，位于上方的为俯视示意图，位于下方的为正视示意图。俯视示意图为从叠层光伏器件的向光面向背光面看，第一陷光结构的结构示意。正视图为从平行于第一截面的方向看，第一陷光结构的结构示意。上述正视图也可以理解为第一陷光结构在上述第一截面上形成分立的微结构的结构示意。(a)、(b)、(c)、 (d)分别示出了几种第一陷光结构的结构示意图。
参照图2(a)所示，第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构为图2(a)中下图的圆形32，微结构在叠层光伏器件向光面上投影的尺寸为d21，各个d21的平均尺寸为d1。微结构间的平均间距为w1。
参照图2(b)下图所示，第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构为平面板材33挖孔6后，几个孔6之间的剩余部分，微结构平面板材33挖孔6后，几个孔6之间的剩余部分在叠层光伏器件向光面上投影的尺寸为d22，各个d22的平均尺寸为d1。微结构平面板材33挖孔6后，几个孔6之间的剩余部分间的平均间距为w1。
参照图2(c)所示，第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构为图2(c)下图中的结构31，微结构在叠层光伏器件向光面上投影的尺寸为d23，各个d23的平均尺寸为d1。微结构间的平均间距为w1。
参照图2(d)所示，第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构为图2(d)下图中的结构31，微结构31在叠层光伏器件向光面上投影的尺寸为d24，各个d24的平均尺寸为d1。微结构条平行线31间的平均间距为w1。
第二陷光结构5、第三陷光结构4在上述第一截面上形成分立的微结构与第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构相似，为了避免重复此处不再赘述。第二陷光结构5、第三陷光结构4分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d2、d3，第二陷光结构5、第三陷光结构4的微结构间的平均间距分别为w2、w3。上述d2、d3与前述d1也对应相似，上述w2、w3与上述w1也对应相似，为了避免重复此处不再赘述。
第一方面，参照图1所示，第一陷光结构3在上述第一截面上形成分立的微结构，分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸d1，d1 的取值范围为：500nm＞d1＞10nm，具体地，d1取值可以如50nm、100nm、 150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等。第一陷光结构1在上述第一截面上形成分立的微结构间的间距w1，800nm≥w1＞10nm，第一陷光结构3的尺寸均较小，入射光入射在叠层光伏器件后，光通过散射作用进入第一陷光结构3中的下方并发生多次反射，使得第一陷光结构3遮挡效应较小，提升了光的入射量进而提升光程，以提升叠层光伏器件的光电转换效率。
第二方面，参照图1所示，较小尺寸的且具有高自由电子浓度的第一陷光结构3与入射光耦合，形成多模谐振陷光效果，第一陷光结构3与入射光耦合，产生位于第一陷光结构3表面的局域等离子模态增强现象，入射光受到局域等离子模态增强的限制存在于第一陷光结构3的表面周边区域，产生陷光效果。在上层电池单元2和/或下层电池单元1的吸收层位于第一陷光结构3的表面周边区域的情况下，可以使得载流子在较短的迁移距离内被分离和收集，有利于叠层光伏器件的光电转换效率的提升。
第三方面，参照图1所示，第一陷光结构3与入射光耦合，产生表面等离子激元，将入射光转换为沿横向传导的波导模态，改变了入射光的传导方向，极大的增加入射光的光程。横向传导的入射光基本位于第一陷光结构3 的向光面的界面附近，可以有效地提高陷光效果，进而，通过较小厚度的吸收层即可达到优良的光吸收效果，可以降低各个电池单元中吸收层的厚度，进而降低各个电池单元的厚度，降低叠层光伏器件的整体厚度。
上述第二陷光结构5、第三陷光结构4与前述第一陷光结构3具有类似的陷光效果。上述第二陷光结构5、第三陷光结构4与前述第一陷光结构3 对应的光波响应峰值不同，进而上述第二陷光结构5、第三陷光结构4与前述第一陷光结构3三者相互配合，几乎针对全部波长范围的入射光都进行了充分利用，提升了对入射光的吸收量。
在垂直于叠层光伏器件向光面的无数个第一截面中至少存在一个第一截面，使得第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构的平均尺寸分别为 d1、d2、d3、平均间距分别为w1、w2、w3；所述微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸和相邻所述微结构间的平均间距具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000081
使得每相邻的两层陷光结构的散射截面针对波长均匹配，能够充分保证入射光的进入量，使得从叠层光伏器件射出的光更少，进一步提升对入射光的吸收量。在垂直于叠层光伏器件向光面的无数个第一截面中至少存在的一个第一截面，可以为无数个第一截面中，在叠层光伏器件向光面上的投影与叠层光伏器件向光面的任一个边平行的第一截面。
同时，第一陷光结构3的高度仅大于10nm小于500nm，相比于um级别的绒面结构而言，具备第一陷光结构3的表面较为平整，为上层电池单元 2提供较为优良的生长或沉积界面。而且，上述第一陷光结构3具有较高的电导率，具备较高的复合速率，降低了叠层光伏器件的串联电阻。
综上所述，本发明实施例中的第一陷光结构3总结起来主要起3个方面的作用：一是串联上层电池单元2和下层电池单元1的作用，第一陷光结构 3具有较高的电导率，具备较高的复合速率，降低了叠层光伏器件的串联电阻。二是通过上述三个方面的陷光效果，降低界面反射并透过长波段的光，达到优良的光吸收效果，并降低各个电池单元中吸收层的厚度，进而降低各个电池单元的厚度，降低叠层光伏器件的整体厚度。三是具备第一陷光结构 3的底层电池向光面较为平整，为上层电池单元2提供较为优良的生长或沉积界面。
需要说明的是，可以根据叠层光伏器件中各个部分的尺寸或材料等，配合调整第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4的材料或尺寸等，使得第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4的陷光结构更优。在本发明实施例中，对此不作具体限定。例如，根据叠层光伏器件中不同结构对陷光波长范围的要求，调整第一陷光结构3的材料或尺寸等，使得第一陷光结构3的陷光结构更优，进一步减少光学损失。
可选的，第一陷光结构3的局域表面等离激元的光波响应峰值处在下层电池单元1的吸收光波长范围内，光入射在第一陷光结构3上之后，第一陷光结构3对光具有散射作用，光通过散射作用进入第一陷光结构3的下方，进入下层电池单元1，入射在第一陷光结构3上的光的能量基本没有损失，在一定程度上可以增加光程。
可选的，第三陷光结构4的局域表面等离激元的光波响应峰值处在上层电池单元2的吸收光波长范围内，光入射在第三陷光结构4上之后，第三陷光结构4对光具有散射作用，光通过散射作用进入第三陷光结构4的下方，进入上层电池单元2，入射在第三陷光结构4上的光的能量基本没有损失，在一定程度上可以增加光程。
可选的，第二陷光结构5在第一截面上形成分立的微结构，该分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸为d2，对于任意第一截面，d2 ≤1200nm，进而使得第二陷光结构5的局域表面等离激元的光波响应峰值，与入射在第二陷光结构5上的光的波长更为匹配，进一步提升对光的吸收量。
可选的，第三陷光结构4在第一截面上形成分立的微结构，该分立的微结构在叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸为d3，对于任意的第一截面， d3≤300nm，进而使得第三陷光结构4的局域表面等离激元的光波响应峰值，与入射在第三陷光结构4上的光的波长更为匹配，进一步提升对光的吸收量。
可选的，参照图2所示，第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4选自颗粒状(如图2中的(a)32所示)、线状(如图2中的(d)31 所示、挖孔结构(如图2中的(b))，第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4的形式多样。
可选的，上述颗粒的形状为球形、半球形、线状交叉结构、圆柱体、锥体中的一种。上述孔的形状为圆形、近似圆形、多边形中的一种，第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4的形式多样。如，参照图2所示， (b)中孔6的形状为圆形。
可选的，上层电池单元包括第一吸收层；下层电池单元包括第二吸收层，第一陷光结构至少与第一吸收层或第二吸收层之间的距离不大于2nm，即，第一吸收层与第一陷光结构之间的距离为d5，d5≤2nm，和/或，第二吸收层与第一陷光结构之间的距离为d6，d6≤2nm。通常情况下，第一陷光结构的局域等离子模态增强的区域为第一陷光结构的表面的2nm范围左右。即，将第一吸收层和/或第二吸收层设置在第一陷光结构的表面周边区域，第一吸收层和/或第二吸收层正好位于第一陷光结构的局域等离子模态增强的区域内，有利于叠层光伏器件的光电转换效率的提升。该部分主要是充分利用了第一陷光结构上述第二方面的陷光效果。
可选的，第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构中的金属选自金、银、铝、铜、镓、铟中的至少一种，上述材料形成的第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构自由电子浓度更高，利于提升陷光效果。
可选的，第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构中的半导体材料选自掺铝氧化锌、掺铟氧化锡中的至少一种，上述材料形成的第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构自由电子浓度更高，利于提升陷光效果。
图3示出了本发明实施例中的一种叠层光伏器件的局部结构示意图。图 4示出了本发明实施例中的另一种叠层光伏器件的局部结构示意图。参照图 2、图3、图4所示，叠层光伏器件还包括：电介质层7，电介质层7由填充在第一陷光结构3的间隙中的电介质材料形成。例如，或者，电介质层7填充在粒子32之间的间隙中，或，电介质7填充中在平面板材33挖的孔6中。第一陷光结构的高度大于或等于电介质层7的高度。如，图2(a)中，粒子 32的高度d23，大于电介质层7的高度d31。图2(b)中，平面板材33的高度d3，等于电介质层7的高度。图2(c)中，交叉线31的高度d23，大于电介质层7的高度d31。图2(d)中，平行线31的高度d11，大于电介质层7的高度d31。一方面，通过电介质层7的填充，使得在上层电池单元能够在更为平整的表面上制备，便于上层电池单元的制备，且减小了上层电池单元的应力，利于大尺寸的上层电池单元的形成。另一方面，电介质层填充有助于增强其包裹的等离子激元的多模谐振陷光效果。
图4中交叉线31为网格状结构，采用银或银的合金材料，截面近似为矩形或梯形，底部(与下层电池单元1的向光面接触的区域)宽度50nm，高度30nm，构建蜂窝状网格结构，六边形边长300-800nm，采用掩膜蒸镀的方法获得。交叉线31之间空隙中填充有电介质层7，电介质层7的材料为氧化硅，厚度为5-20nm。
可选的，电介质层材料的介电常数为1.2-200，电介质层材料选自：氧化硅、氧化铝、氮化硅、氧化钽、氮化铝中的至少一种。
可选的，在第一陷光结构的间隙中也可以不填充电介质层，使得上层电池单元的吸收层、下层电池单元的吸收层距离第一陷光结构的距离更小，充分使用第一陷光结构的第二方面的陷光效果。
图5示出了本发明实施例中的第二种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图。可选的，参照图5所示，上层电池单元2的基底21中包括第一吸收层，在第一吸收层为钙钛矿材料的情况下，第一吸收层的厚度为 50-200nm。相对于现有技术的钙钛矿材料的吸收层的厚度为500-200nm而言，本申请由于第一结构3具有良好的陷光效果，进而第一吸收层可以做的较薄，为现有技术的十分之一左右，利于减少上层电池单元2的厚度，利于叠层光伏器件的轻薄化。
可选的，在下层电池单元1的第二吸收层为晶体硅的情况下，第二吸收层的厚度小于100um。相对于现有技术的晶体硅吸收层的厚度为150um左右而言，本申请由于第一结构具有良好的陷光效果，进而下层电池单元可以做的较薄，利于减少下层电池单元1的厚度，利于叠层光伏器件的轻薄化。
可选的，该叠层光伏器件还包括位于上层电池单元2的向光面的上功能层9。上功能层9为一层或多层，具备表面钝化、选择性接触、传输载流子或减反射等功能。本发明实施例对此不作具体限定。
可选的，该叠层光伏器件还包括位于下层电池单元1的背光面的下功能层10。下功能层10为一层或多层，具备表面钝化、选择性接触、传输载流子或减反射等功能。下功能层10可以通过扩散或沉积等方法制得。本发明实施例对此不作具体限定。
该叠层光伏器件还包括位于上层电池单元2的向光面的顶电极，以及位于下层电池单元1的背光面的底电极。
本发明实施例还提供一种叠层光伏器件的生产方法。该方法大致包括如下步骤：
步骤101，提供下层电池单元。
步骤102，在所述下层电池单元的向光面，采用掩膜蒸镀的方式生产第一陷光结构。
步骤103，在所述第一陷光结构的向光面制备上层电池单元；所述上层电池单元的带隙宽度大于所述下层电池单元的带隙宽度。
步骤104，在所述下层电池单元背光面一侧生产第二陷光结构，和/或，在所述上层电池单元向光面一侧生产第三陷光结构；所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构均选自金属或半导体材料，三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值；所述叠层光伏器件具有垂直于所述叠层光伏器件向光面的第一截面，所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构在所述第一截面上形成分立的微结构，所述分立的微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d1、d2、d3，所述微结构间的平均间距分别为w1、w2、w3；至少存在一个所述第一截面，所述微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸和相邻所述微结构间的平均间距具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000131
在本发明实施例中，该方法的上层电池单元、下层电池单元、第一陷光结构、第二陷光结构、第三陷光结构可以参照前述叠层光伏器件实施例中的相关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本发明实施例所必须的。
下面列举几种具体的实施例，进一步解释本申请。
实施例1
参照图5所示，下层电池单元1的第二吸收层为晶体硅，采用n型硅基体，基体厚度50um，基体向光面为平面结构(抛光或者不抛光均可)，背光面为绒面陷光结构。晶体硅基体背光面扩散p型层，制成下层电池单元1。下层电池单元1的背光面存在下功能层10，下功能层10为一层或多层结构，具备表面钝化以及减反射的功能；在底电极对应位置可以存在局域重掺的选择性接触结构。下功能层10可以为p型多晶传输层或p型非晶硅，此种情况下下层电池单元1、下功能层10之间存在氧化硅或本征非晶硅界面层；下功能层10同时包含导电薄膜传输层，如掺铟氧化锡或掺铝氧化锌等。
下层电池单元1向光面可以存在扩散的或沉积的场效应层或钝化层，或在第一陷光结构3接触位置存在局域的钝化层，如氧化硅。
下层电池单元1的向光面存在第一陷光结构3，第一陷光结构3在第一截面上形成分立的微结构为银纳米粒子，近似为圆柱体，平均直径30-200nm，圆柱高度近似与直径相等，球间距20-500nm(如，具体的该银纳米粒子的直径为50nm，高度为50nm，粒子之间的间距为80nm，并非为完美圆柱体，略呈锥型)，形成均匀分布的点阵结构，采用掩膜蒸镀的方法获得。
第一陷光结构3的纳米粒子之间的空隙填充有电介质层7，电介质层7 的材料为氧化铝，厚度为5-20nm(厚度不超过纳米粒子或第一陷光结构3 的高度，如第一陷光结构3高度为100nm，则氧化铝厚度不大于100nm。
第一陷光结构3上沉积上层电池单元2，本实施方式中，上层电池单元 2的第一吸收层21为宽带隙钙钛矿，上层电池单元2的基体21包括钙钛矿吸收层21、C60电子传输层和氧化镍空穴传输层，氧化镍空穴传输层与第一陷光结构3之间存在上层电池单元2的下传输层22，向光面具备上传输层 23，上传输层23为电子传输层；上层电池单元2厚度为50-300nm。
上层太阳电池向光面存在上功能层9，为一层或多层结构，起到表面减反射的功能。
下层电池单元1的背光面一侧具有第二陷光结构5，上层电池单元2向光面一侧具有第三陷光结构4。第二陷光结构5、第三陷光结构4的在第一截面上形成分立的微结构也均为纳米粒子。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4分别对应的平均尺寸d1、d2、d3和分别对应的平均间距w1、w2、w3具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000141
Figure GDA0003230527970000142
实施例2
参照图6所示，图6示出了本发明实施例中的第三种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图。下层电池单元1的第二吸收层为晶体硅太阳电池，采用n型硅基体，基体厚度10um，基体向光面为平面结构(抛光或者不抛光均可)，背光面为平面结构(抛光或者不抛光均可)；晶体硅基体背光面扩散p型层，制成下层电池单元1。下层电池单元1的背光面存在下功能层10，下功能层10为一层或多层结构，具备表面钝化以及减反射的功能。下功能层10可以为p型多晶传输层或p型非晶硅，此种情况下下层电池单元1、下功能层10之间存在氧化硅或本征非晶硅界面层；下功能层10 同时包含导电薄膜传输层，如掺铟氧化锡或掺铝氧化锌等。
下层电池单元1的背光面一侧设置有第二陷光结构5，如，第二陷光结构5采用在下功能层10中开孔。采用金属铝填充开孔，可以作为背电极引出。
下层电池单元1的向光面可以存在扩散的或沉积的场效应层或钝化层，或在第一陷光结构3接触位置存在局域的钝化层，如氧化硅。
下层电池单元1的向光面存在第一陷光结构3，第一陷光结构3在第一截面上形成分立的微结构为银纳米粒子，近似为半球体，平均球径50-200nm，半球高度近似等于球径的一半，球间距20-500nm(如，一种具体的实施方式为直径50nm，高度25nm，间距80nm)，并非为完美半球体，形成均匀分布的点阵结构，采用掩膜蒸镀后退火的方法获得。
纳米粒子之间的空隙或间距中存在电介质层7，电介质层7材料为氧化硅，厚度为5-20nm(厚度不超过第一陷光结构3的高度，如第一陷光结构3 的高度为50nm，则氧化硅厚度不大于50nm)。
第一陷光结构3上沉积上层电池单元2，本实施方式中，上层电池单元 2的第一吸收层为宽带隙钙钛矿，21为上层电池单元2的基底，基底21包括钙钛矿吸收层、C60电子传输层和氧化镍空穴传输层，氧化镍空穴传输层与第一陷光结构3之间存在上层太阳电池下传输层22，向光面具备上传输层 23，上传输层23为电子传输层；上层电池单元2厚度为50-300nm。
上层电池单元2的向光面存在上功能层9，上功能层9为一层或多层结构，起到表面减反射的功能。
上层电池单元2向光面一侧具有第三陷光结构4。第三陷光结构4的在第一截面上形成分立的微结构也为纳米粒子。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4分别对应的平均尺寸d1、d2、d3和分别对应的平均间距w1、w2、w3具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000161
Figure GDA0003230527970000162
实施例3
参照图7所示，图7示出了本发明实施例中的第四种垂直于叠层光伏器件向光面的第一截面的示意图。下层电池单元1的第二吸收层为晶体硅，采用n型硅基体，基体厚度10um，基体向光面为平面结构(抛光或者不抛光均可)，背光面为平面结构(抛光或者不抛光均可)；晶体硅基体背光面扩散p型层，制成下层电池单元1。下层电池单元1的背光面存在下功能层10，下功能层10为一层或多层结构，具备表面钝化以及减反射的功能。下功能层10可以为p型多晶传输层或p型非晶硅，此种情况下下层电池单元1、下功能层10之间存在氧化硅或本征非晶硅界面层；下功能层10同时包含导电薄膜传输层，如掺铟氧化锡或掺铝氧化锌等。
下层电池单元1的背光面一侧设置有第二陷光结构5，如，第二陷光结构5采用在下功能层10中开孔。采用金属铝填充开孔，可以作为背电极引出。
下层电池单元1的向光面可以存在扩散的或沉积的场效应层或钝化层，或在第一陷光结构3接触位置存在局域的钝化层，如氧化硅。下层电池单元 1向光面存在第一陷光结构3，第一陷光结构3在第一截面上形成分立的微结构为平行线，采用银或银的合金材料，截面近似为矩形或梯形，底部(即与下层电池单元1的向光面接触区域)宽度为80nm，高度为50nm，平行线之间的间距为200-500nm，采用掩膜蒸镀的方法获得。
平行线之间的空隙存在电介质层7，电介质层7材料为氧化硅，厚度为 5-20nm；该氧化硅层可以与上述下层电池单元1向光面钝化层为共同的一层。
第一陷光结构3上沉积上层电池单元2，本实施方式中，上层电池单元 2的第一吸收层为宽带隙砷化镓，21为上层电池单元2的基体，基体21包括p型砷化镓吸收层、n型砷化镓发射极，p型砷化镓吸收层与第一陷光结构3之间存在上层电池单元2的下传输层22，同时22起到缓冲晶格失配的作用，为铝镓砷化合物。基体21的向光面具备上传输层23，同时23为砷化镓电池窗口层，为铝铟磷化合物；上层电池单元2厚度为200-500nm。
上层电池单元2的向光面存在上功能层9，为一层或多层结构，起到表面减反射的功能。
上层电池单元2向光面一侧具有第三陷光结构4。第三陷光结构4的在第一截面上形成分立的微结构也为纳米粒子。
第一陷光结构3、第二陷光结构5、第三陷光结构4分别对应的平均尺寸d1、d2、d3和分别对应的平均间距w1、w2、w3具有如下关系：
Figure GDA0003230527970000171
Figure GDA0003230527970000172
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种叠层光伏器件，其特征在于，包括：层叠设置的上层电池单元、下层电池单元、以及位于所述上层电池单元和所述下层电池单元之间的第一陷光结构；所述上层电池单元的带隙宽度大于所述下层电池单元的带隙宽度；
所述叠层光伏器件还包括位于所述下层电池单元背光面一侧的第二陷光结构和位于所述上层电池单元向光面一侧的第三陷光结构中的至少一个；
所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构均选自金属或半导体材料，三者产生的局域表面等离激元分别对应不同的光波响应峰值；
所述叠层光伏器件具有垂直于所述叠层光伏器件向光面的第一截面，所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构在所述第一截面上形成分立的微结构，所述分立的微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸分别为d1、d2、d3，所述微结构间的平均间距分别为w1、w2、w3；
至少存在一个所述第一截面，所述微结构在所述叠层光伏器件向光面上投影的平均尺寸和相邻所述微结构间的平均间距具有如下关系：
Figure FDA0003761891770000011
2.根据权利要求1所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述第一陷光结构、所述第二陷光结构、所述第三陷光结构选自颗粒状、线状、挖孔结构。
3.根据权利要求2所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述颗粒的形状为球形、半球形、线状交叉结构、圆柱体、锥体中的一种；所述孔的形状为圆形、多边形中的一种。
4.根据权利要求1所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述上层电池单元包括第一吸收层；所述下层电池单元包括第二吸收层；所述第一陷光结构至少与所述第一吸收层或所述第二吸收层之间的距离不大于2nm。
5.根据权利要求4所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述第一吸收层为钙钛矿材料，厚度为50-200nm。
6.根据权利要求4所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述第二吸收层为单晶硅，厚度小于100um。
7.根据权利要求1-6中任一所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述叠层光伏器件还包括：电介质层；所述电介质层由填充在所述第一陷光结构的间隙中的电介质材料形成；
所述第一陷光结构的高度大于或等于所述电介质层的高度。
8.根据权利要求7所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述电介质材料的介电常数为1.2-200；
所述电介质材料选自氧化硅、氧化铝、氮化硅、氧化钽、氮化铝中的至少一种。
9.根据权利要求1-6中任一所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述第一陷光结构的局域表面等离激元的光波响应峰值处在所述下层电池单元的吸收光波长范围内；所述第三陷光结构的局域表面等离激元的光波响应峰值处在所述上层电池单元的吸收光波长范围内。
10.根据权利要求1-6中任一所述的叠层光伏器件，其特征在于，对于任意的第一截面，所述d2≤1200nm，d3≤300nm。
11.根据权利要求1-6中任一所述的叠层光伏器件，其特征在于，所述金属选自金、银、铝、铜、镓、铟中的至少一种；
所述半导体材料选自掺铝氧化锌、掺铟氧化锡中的至少一种。
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