CN113224176B - 中间串联层、叠层光伏器件及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中间串联层、叠层光伏器件及生产方法，涉及太阳能光伏技术领域。所述中间串联层具有透光性；所述中间串联层包括纵向导电层；所述纵向导电层由纵向生长的纳米导电柱构成；或，所述纵向导电层包括相互间隔分布的纳米导电单元、以及位于相邻的纳米导电单元之间的绝缘阻隔体；所述绝缘阻隔体在横向上绝缘各个所述纳米导电单元。各个纳米导电柱之间存在大量晶界或界面，横向导电性能较差，纵向导电层具有较弱的横向导电能力，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流。或，各个纳米导电单元在横向上受到绝缘网格的绝缘作用，纵向导电层具有较弱的横向导电能力，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，减少叠层光伏器件的功率损耗。

Description

中间串联层、叠层光伏器件及生产方法
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的中间串联层、叠层光伏器件及生产方法。
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，以拓宽对太阳光的光谱响应波段，减少能量损失，因此，叠层光伏器件具有广泛的应用前景。
叠层光伏器件中需要采用中间串联层，将各个电池单元串联。目前，在叠层光伏器件的中间串联层主要有三种，一种是金属、一种是透明导电薄膜，还有一种是隧道结。
但是，上述中间串联层会导致叠层光伏器件的功率损耗。
发明内容
本发明提供一种叠层光伏器件的中间串联层、叠层光伏器件及生产方法，旨在解决中间串联层导致叠层光伏器件的功率损耗的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种叠层光伏器件的中间串联层，所述中间串联层具有透光性；
所述中间串联层包括纵向导电层；
所述纵向导电层由纵向生长的纳米导电柱构成；
或，
所述纵向导电层包括相互间隔分布的纳米导电单元、以及位于相邻的纳米导电单元之间的绝缘阻隔体；所述绝缘阻隔体在横向上绝缘各个所述纳米导电单元。
可选的，所述纳米导电柱为柱状晶体、纳米柱、纳米棒、纳米管中的一种；
所述纳米导电柱的横向尺寸为0.5-500nm；
所述纳米导电柱的材料选自：氧化物半导体、硒化物半导体、碳化物、碳、导电聚合物中的至少一种。
可选的，所述纳米导电柱与纵向的夹角小于或等于10°。
可选的，所述纳米导电单元的形状为：线状、柱状、锥状或棒状中的一种；
所述纳米导电单元的横向尺寸为0.5-500nm；
所述纳米导电单元的材料选自：金属、金属氧化物、金属硒化物、金属硫化物、碳、导电聚合物中的至少一种；
所述绝缘阻隔体的材料选自：有机硅、无机硅、氧化物电介质、聚合物中的至少一种。
可选的，所述金属选自金、银、铂、铝、铜、锡、钛中的至少一种；
所述金属氧化物选自氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化钼、氧化铜、氧化钒、氧化铊、氧化铪、氧化镍、氧化钨、氧化铟、氧化镓、掺铟氧化锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌中的至少一种。
可选的，所述纳米导电单元与纵向的夹角小于或等于10°。
可选的，所述中间串联层的向光面的平均粗糙度小于或等于100nm。
可选的，所述中间串联层还包括位于所述纵向导电层的背光面上的修饰膜；
所述修饰膜的材料选自：具有催化作用的金属、金属氧化物、金属硒化物，碳、碳化物，所述修饰膜作为所述纳米导电柱或所述纳米导电单元的种子层；
和/或，在所述纳米导电柱或所述纳米导电单元为低功函数材料的情况下，所述修饰膜的材料选自：电子选择性接触材料。
可选的，所述修饰膜的厚度为0.5-10nm；所述修饰膜为连续的一层，或，所述修饰膜由若干个点阵结构密布而成，所述点阵结构的横向尺寸为0.5-10nm。
可选的，所述电子选择性接触材料选自：富勒烯、石墨烯、石墨炔、钙、氟化锂、氟化镁中的至少一种。
可选的，所述中间串联层在500-1300nm波段的平均透过率大于或等于85％。
可选的，所述中间串联层的纵向尺寸为10-1000nm。
根据本发明的第二方面，提供了一种叠层光伏器件，包括：至少两个带隙不同的电池单元以及如前任一所述的中间串联层；
各个所述电池单元按照吸收层带隙宽度能量由高到低的顺序从上到下依次叠放，所述中间串联层位于相邻的电池单元之间。
可选的，下层电池单元与所述中间串联层接触的表面具有陷光结构；所述下层电池单元为位于所述中间串联层的背光面的电池单元。
根据本发明的第三方面，提供了一种叠层光伏器件的生产方法，包括：
提供第一电池单元；
在所述第一电池单元的受光面沉积前述任一所述的中间串联层；
在所述中间串联层的受光面沉积第二电池单元；所述第二电池单元的带隙宽度大于所述第一电池单元的带隙宽度；所述中间串联层用于导电互联所述第一电池单元和所述第二电池单元。
可选的，沉积中间串联层的步骤包括：
采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电柱；
或，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电单元和绝缘阻隔体。
本发明实施例中，中间串联层包括纵向导电层，纵向导电层由纵向生长的纳米导电柱构成，各个纳米导电柱横向之间存在大量晶界或界面，使得其横向导电性能较差，而纵向导电能力很强，进而，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。或，各个纳米导电单元由于在横向上受到绝缘阻隔体的绝缘作用，打断了横向上的导电通路，使得纵向导电层基本只能进行载流子纵向传输，基本没有横向电流，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。
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一种中间串联层的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中的另一种中间串联层的结构示意图；
图3示出了本发明实施例中的一种中间串联层与下层电池的结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的第一种叠层光伏器件的结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的第二种叠层光伏器件的结构示意图；
图6示出了本发明实施例中的第三种叠层光伏器件的结构示意图；
图7示出了本发明实施例中的第四种叠层光伏器件的结构示意图。
附图编号说明：
1-中间串联层，10-纵向导电层，11-纳米导电柱，12-绝缘阻隔体，13-纳米导电单元，21-上层电池单元，22-下层电池单元，14-修饰膜，23-顶层电极，24-底层电极。
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。
本发明的发明人在研究上述中间串联层的过程中发现，中间串联层导致叠层光伏器件的功率损耗的原因在于：在制作叠层光伏器件的过程中，往往上下层电池单元横向空间区域上材料特性出现不均匀的情况，此时不同区域开路电压或者光生电流就会出现一定的差异，现有的中间串联层则会存在横向电流，上述横向电流会最终导致叠层光伏器件的功率损耗。特别是，当上层电池单元为薄膜电池时，若制备薄膜质量较差，甚至出现无效或漏电的情况下，现有的中间串联层则会导致下层电池单元的载流子传输集中于漏电或无效位置的横向，相当于减小了器件整体的并联电阻，严重导致器件整体效率下降。
在本发明实施例中，该中间串联层可以用于串联各个电池单元以形成叠层光伏器件。其中，各个电池单元具有不同的带隙，各个电池单元按照带隙宽度能量由高到低的顺序，从上到下依次叠放。带隙最大的电池单元位于正面，带隙最小的电池单元位于背面。
中间串联层具有透光性，用于透过上层电池单元吸收之后剩余的波段。该透光性的透光波段可以根据与其相邻的上层电池单元吸收波段之后剩余的波段确定。如，该透光性的透光波段即可以为与其相邻的上层电池单元吸收波段之后剩余的波段。
在本发明实施例中，可选的，中间串联层在500-1300nm波段的平均透过率大于或等于85％。即，中间串联层对500-1300nm波段的平均透过率大于或等于85％，进而，能够将500-1300nm波段大于或等于85％的光，透过给位于该中间串联层背光面的电池单元，利于减少光学损失。
参照图1，图1示出了本发明实施例中的一种中间串联层的结构示意图。参照图1所示，该中间串联层包括纵向导电层10，该纵向导电层10由纵向生长的纳米导电柱11构成。可以理解的是，纵向是指垂直于层的方向，也即，在叠层光伏器件中，纵向为各个电池单元按照带隙宽度能量由高到低的顺序，从上到下依次叠放的方向。
该纵向导电层包含的纳米导电柱为纳米尺度的，均匀分布在整个纵向导电层中。
参照图1所示，各个纳米导电柱是紧密排列的，纳米导电柱之间存在大量晶界或界面，或者，纳米导电柱之间横向交联较少，使得横向导电性能较差，进而，纵向导电层具有较弱的横向导电能力。同时，各个纳米导电柱之间纵向联系或导电路径较多，中间串联层具有良好的纵向导电能力，进而，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。
可选的，纳米导电柱的形状为：柱状晶体、纳米柱、纳米棒、纳米管中的一种。纳米导电柱的横向尺寸为0.5-500nm。该横向尺寸可以为纳米导电柱的宽度或直径等。相对于金属开孔的中间串联层的方式，各个纳米导电柱的横向尺寸较小，同时纳米导电柱的分布密度较高，单个纳米导电柱收集载流子的范围很小，能够从很大程度上减少载流子堆积，能够提升中间串联层的纵向导电能力。
可选的，纳米导电柱的材料选自：氧化物半导体、硒化物半导体、碳化物、碳、导电聚合物中的至少一种。采用上述材料，中间串联层具有较好的纵向导电性。同时，除了碳化物、碳、导电聚合物之外，若采用氧化物半导体、硒化物半导体形成的中间串联层的带隙通常大于与其背光面的电池单元的带隙，对其背光面的电池单元的光几乎无光学吸收。
例如，纳米导电柱的材料可以为：氧化铜、氧化钼等金属氧化物材料，以及与其相关的电学掺杂材料，该电学掺杂材料可以包括：铝(Al)、钙(Ga)等III族金属掺杂。该电学掺杂材料还可以包括：氟(F)、溴(Br)等卤化物)。该纳米导电柱的材料还可以为：硒化铜、硒化钼等金属硒化物材料。该纳米导电柱的材料还可以为：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等本征导电型导电聚合物及其掺杂材料。
可选的，纳米导电柱与纵向的夹角小于或等于10°。即，纳米导电柱与各层电池单元叠放的方向的夹角小于或等于10°，这样保证了良好的垂直光线透过率。当光线斜射时，该中间串联层中各个纳米导电柱之间具有折射、散射等，增加了光程，通过上述几何光学原理，降低了下层电池单元表面反射，具备一定的减反射功能。
或者，参照图2，图2示出了本发明实施例中的另一种中间串联层的结构示意图。参照图2所示，该中间串联层包括纵向导电层10，该纵向导电层10包括相互间隔分布的纳米导电单元13、以及位于相邻的纳米导电单元13之间的绝缘阻隔体12。该绝缘阻隔体12在横向上绝缘各个纳米导电单元13。各个纳米导电单元13由于在横向上受到绝缘阻隔体12的绝缘作用，纵向导电层中的各个纳米导电单元13的横向导电能力被绝缘阻隔体12所打断，进而，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。
可选的，纳米导电单元的形状为：线状、柱状、锥状或棒状中的一种。纳米导电单元的横向尺寸为0.5-500nm。该横向尺寸可以为纳米导电单元的宽度或直径等。各个纳米导电单元的横向尺寸较小，同时纳米导电单元的分布密度较高，有利于载流子的收集。
可选的，纳米导电单元的材料选自：金属、金属氧化物、金属硒化物、金属硫化物、碳、导电聚合物中的至少一种。采用上述材料，中间串联层具有较好的纵向导电性和透光性，同时，除了上述金属、金属氧化物、金属硒化物、金属硫化物、碳材料之外，若采用上述半导体材料形成的中间串联层，其带隙通常大于其背光面的电池单元的带隙，对其背光面的电池单元的光几乎无光学吸收。绝缘阻隔体的材料选自：有机硅、无机硅、氧化物电介质、聚合物中的至少一种。上述材料形成的绝缘阻隔体具有良好的绝缘作用，进一步减小中间串联层的横向导电能力。同时，上述材料形成的绝缘阻隔体与下层电池单元的向光面具有良好的附着性。
可选的，纳米导电单元的材料中：金属可以选自：金、银、铂、铝、铜、锡、钛等电阻率较低的材料。金属氧化物可以选自：氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化钼、氧化铜、氧化钒、氧化铊、氧化铪、氧化镍、氧化钨、氧化铟、氧化镓，以及掺铟氧化锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌等氧化物导电材料。采用上述材料，中间导电层具有良好的纵向导电能力。
例如，纳米导电单元可以为纵向生长或排布的石墨烯片。例如，绝缘阻隔体的材料可以选自：本征非晶硅、氮化硅、碳化硅、氧化硅胶体、硅胶、氧化铝、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物等。
可选的，纳米导电单元与纵向的夹角小于或等于10°。即，纳米导电单元与各层电池单元叠放的方向的夹角小于或等于10°，保证了良好的垂直光线透过率。当光线斜射时，该中间串联层中各个纳米导电单元之间具有折射、散射等，增加了光程，通过上述几何光学原理，降低了下层电池单元表面反射，具备一定的减反射功能。
可选的，中间串联层的向光面的平均粗糙度小于或等于100nm，进而中间串联层的向光面具有较好的平整度，为位于中间串联层的向光面的电池单元的沉积创造了平面接触面。具体的，可以采用离子刻蚀或化学刻蚀等方式，对中间串联层的向光面进行平整化处理。例如，刻蚀掉多余的绝缘阻隔体，一方面提供较为平整的向光面，另一方面暴露出纳米导电单元，利于后续与向光面的电池单元进行电学接触。
在一优选实施方式中，中间串联层还包括位于上述纵向导电层的背光面上的修饰膜。该修饰膜的材料选自：具有催化作用的金属、金属氧化物、金属硒化物、碳、碳化物，该修饰膜作为上述纳米导电柱或上述纳米导电单元的种子层。和/或，在上述纳米导电柱或上述纳米导电单元为低功函数材料的情况下，上述修饰膜的材料选自：电子选择性接触材料。
具体的，修饰膜可以起到修饰与中间串联层接触的下层电池单元的向光面的作用，可以降低纵向导电层与下层电池单元的接触电阻，或，作为纵向导电层中纳米导电柱或纳米导电单元的生长点，以及，与中间串联层接触的下层电池单元的向光面等作用。修饰膜和与中间串联层接触的下层电池单元的向光面有良好的附着性。可以依据上述纳米导电柱或上述纳米导电单元的材料选择修饰膜的材料。
当纵向导电层中纳米导电柱或纳米导电单元需要在下层电池单元的向光面生长得到时，修饰膜的材料选自：具有催化作用的金属、金属氧化物、金属硒化物，碳、碳化物，该修饰膜可以作为纳米导电柱或纳米导电单元的种子层。
如，采用水热法生长银纳米线的纳米导电单元时，可以提前在下层电池单元的向光面蒸镀一层银纳米颗粒作为修饰膜。采用化学气相沉积法生长氧化锌纳米线的纳米导电单元时，可以提前在下层电池单元的向光面沉积金等催化金属颗粒或氧化锌纳米颗粒作为修饰膜。再例如，采用化学气相沉积法生长碳纳米管时，可以提前在下层电池单元的向光面沉积铂等催化金属颗粒作为修饰膜。
此外，还可以依据下层电池单元的向光面钝化的需求，修饰膜可以选择具备钝化性能的材料。如，在下层电池单元的向光面采用氧化钛薄层作为修饰膜，可以起到表面场钝化作用，同时氧化钛薄层可以起到降低接触电阻的作用。
在纳米导电柱或纳米导电单元为低功函数材料的情况下，修饰膜的材料选自：电子选择性接触材料。功函数(work function)为：把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。低功函数材料可以为上述最少的能量小于或等于3.0eV的材料。如，改性银纳米线、氧化锌纳米线、碳纳米管可以为低功函数材料。在纳米导电柱或纳米导电单元为低功函数材料的情况下，低功函数导电能力好，但是对电子的亲和能力差，收集电子能力差，接触电阻大，使得纵向导电层与下层电池单元的向光面的接触电阻大。而，电子选择性接触材料通常为高功函数材料，高功函数的修饰膜可以降低与下层电池单元的向光面的接触电阻。该高功函数材料可以为上述最少的能量大于3.0eV的材料。
可选的，修饰膜的厚度为0.5-10nm。修饰膜为连续的一层，或，修饰膜由若干个点阵结构密布而成，该点阵结构的横向尺寸为0.5-10nm。单个点阵结构可以为球形或半球形，该横向尺寸可以为直径。
可选的，上述修饰膜的材料中：电子选择性接触材料选自：富勒烯、石墨烯、石墨炔、钙、氟化锂、氟化镁中的至少一种。上述材料形成的修饰膜，可以进一步降低与下层电池单元的向光面的接触电阻。
可选的，中间串联层的纵向尺寸为10-1000nm。中间串联层的纵向尺寸较小，具有良好的透光性。具体的，若下层电池单元的向光面为平面，则，中间串联层的纵向尺寸即为10-1000nm。若下层电池单元的向光面为陷光结构，则，中间串联层在填充满下层电池单元的向光面的陷光结构的基础上，中间串联层的剩余纵向尺寸为10-1000nm。
如，参照图3所示，图3示出了本发明实施例中的一种中间串联层与下层电池的结构示意图。图3中，下层电池单元22的向光面为陷光结构，不算中间串联层1在填充满下层电池单元22的向光面的陷光结构的厚度，在下层电池单元22的向光面的陷光结构的顶点之上，中间串联层1的纵向尺寸d为10-1000nm。
可选的，纵向导电层中的纳米导电柱的纵向尺寸与纵向导电层的厚度一致，也即纳米导电柱的纵向贯穿整个纵向导电层，也就是说，纳米导电柱的两头分别位于纵向导电层的两面。
或，纵向导电层中的纳米导电单元的直接的纵向尺寸或内部交联后的纵向尺寸与纵向导电层的厚度一致，也即纳米导电单元中的纳米线等直接纵向贯穿整个纵向导电层，亦或纳米导电单元中的纳米线等交联之后可以纵向贯穿纵向导电层。也就是说，纳米导电单元中的纳米线等纵向两头分别位于纵向导电层的两面，亦或纳米导电单元中的纳米线等交联之后的两头分别位于纵向导电层的两面。
在本发明实施例中，在下层电池单元向光面为陷光结构的情况下，中间串联层的厚度大于下层电池单元向光面的陷光结构的尺寸，以填充该陷光结构。
若上述中间串联层采用金属、透明导电薄膜或隧道结，采用金属串联会对下层电池单元造成较严重的光学遮挡。采用较厚的透明导电薄膜实现串联，会引入一定的光学损失且透明导电薄膜电阻率仍然相对较高，且具有一定的横向导电能力，会在器件中引入额外的串联电阻。当上下层电池单元横向空间区域材料特性出现不均匀的情况下，不同区域开路电压或者光生电流可能会出现一定的差异，如果中间串联层横向导电能力较强，则会存在横向电流，造成功率损耗。此外，当上层电池单元区域制备质量较差出现无效或漏电的情况时，如果中间串联层横向导电能力较强，则会导致下层载流子横向传输集中于漏电或无效位置，导致器件整体效率下降较多，造成整体电学损失较大，表现为串联电阻较高及并联电阻较小。若用钝化层开孔并填充金属的方式进行电学串联，在一定程度上减少了串联金属造成的光学遮挡损失并降低了串联电阻，但是仍存在一定的光学遮挡，且降低遮挡需要较少的开孔数量及较小的孔径，此时会导致底层电池在开孔处的载流子堆积，造成整体器件串联电阻增大。缓解载流子堆积需要较多的开孔或较大的孔径，又会进一步提高光学遮挡。
而在本发明实施例中，中间串联层包括纵向导电层，纵向导电层由纵向生长的纳米导电柱构成，各个纳米导电柱之间存在大量晶界或界面，使得，横向导电性能较差，进而纵向导电层具有较弱的横向导电能力，进而，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，最大限度的减少了上层和下层电池单元由于区域材料特性不均匀导致的电学内耗问题，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。或，各个纳米导电单元由于在横向上受到绝缘阻隔体的绝缘作用，纵向导电层具有较弱的横向导电能力，进而，载流子主要纵向传输，基本没有横向电流，最大限度的减少了上层和下层电池单元由于区域材料特性不均匀导致的电学内耗问题，利于减少叠层光伏器件的功率损耗。同时，该中间串联层具备良好的透光性、高导电率和高复合速率，实现了纵向的高导电率，在保证减少或无载流子在中间串联层堆积的情况下，最大程度减少了对入射光的遮挡。
参照图4，图4示出了本发明实施例中的第一种叠层光伏器件的结构示意图。
该叠层光伏器件包括至少两个带隙不同的电池单元以及上述任一中间串联层。叠层光伏器件中包括的电池单元的个数不作具体限定。如，参照图4所示，图4中，叠层光伏器件中包括了2个电池单元。
在叠层光伏器件中：各个电池单元按照吸收层带隙宽度能量由高到低的顺序从上到下依次叠放，中间串联层位于相邻的电池单元之间，中间串联层用于导电互联各个电池单元。
如，参照图4，2个电池单元中，位于上方的电池单元21可以为宽带隙电池单元。位于下方的电池单元22可以为窄带隙电池单元。窄带隙电池单元22的带隙小于宽带隙电池单元21的带隙。宽带隙电池单元21和窄带隙电池单元22，按照吸收层带隙宽度能量由高到低的顺序由上至下依次叠放，中间串联层1设置在宽带隙电池单元21和窄带隙电池单元22之间，中间串联层1用于导电互联宽带隙电池单元21和窄带隙电池单元22。
在本发明实施例中，下层电池单元的向光面可以为平面或陷光结构，中间串联层的背光面与下层电池单元的向光面相适配。例如，参照图4所示，下层电池单元22的向光面为平面，中间串联层1的背光面也为平面，中间串联层1的向光面为平面，为上层电池单元21的沉积创造平面接触面。
再例如，参照图5所示，图5示出了本发明实施例中的第二种叠层光伏器件的结构示意图。下层电池单元22的向光面可以为平面，中间串联层1包括有修饰膜14。修饰膜14的背光面为与之适配的平面。修饰膜14的向光面为平面，纵向导电层10的背光面为与修饰膜14的向光面适配的平面，中间串联层1的向光面为平面，为上层电池单元21的沉积创造平面接触面。
可选的，下层电池单元与中间串联层接触的表面具有陷光结构，该下层电池单元为位于中间串联层的背光面的电池单元。即，下层电池单元的向光面具有陷光结构，该陷光结构可以为纳米光学结构、绒面结构等。纳米光学结构为规则的纳米陷光结构。绒面结构为金字塔、倒金字塔等结构。下层电池单元的向光面具有陷光结构，利于增加光程。在下层电池单元的向光面具有陷光结构的情况下，可以采用喷涂、旋涂等化学涂敷法及溶液法在下层电池单元的向光面制备上述中间串联层，上述中间串联层填平下层电池单元的向光面的陷光结构，同样为上层电池单元创造了平面接触面。
例如，参照图6所示，图6示出了本发明实施例中的第三种叠层光伏器件的结构示意图。下层电池单元22的向光面具有陷光结构，中间串联层1在填充下层电池单元22的向光面的陷光结构的基础上，中间串联层1的向光面为平面，为上层电池单元21的沉积创造平面接触面。
再例如，参照图7所示，图7示出了本发明实施例中的第四种叠层光伏器件的结构示意图。图7中，下层电池单元22的向光面具有陷光结构，中间串联层1包括有修饰膜14。中间串联层1的修饰膜14和纵向导电层10在填充下层电池单元22的向光面的陷光结构的基础上，中间串联层1的向光面为平面，为上层电池单元21的沉积创造平面接触面。
在本发明实施例中，位于中间串联层的向光面的上层电池单元吸收层厚度依据其材料带宽进行调节，增强其在可见光短波段吸收能力，降低在可见光长波段的无效吸收，上层电池单元输出电流尽可能保持一致以降低整体电流损失。上层电池单元和位于中间串联层的背光面的下层电池单元需要进行电流适配。
位于中间串联层的向光面的上层电池单元和位于中间串联层的背光面的下层电池单元需进行电学极性适配，保持多数载流子流向一致。如，下层电池单元的上层为n型，则，上层电池单元的下层为空穴传输层，上层为电子传输层。反之，如下层电池单元的上层为p型，则上层电池单元的下层为电子传输层，上层为空穴传输层。
位于中间串联层的背光面的下层电池单元的带隙宽度小于位于中间串联层的向光面的上层电池单元的带隙宽度。下层电池单元可以为可为晶体硅太阳电池，可为晶体硅/非硅异质结电池，其衬底硅材料掺杂类型不限，可为非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉、砷化镓等薄膜太阳电池。下层电池单元的向光面可为平面结构、纳米光学结构或绒面结构，顶层无绝缘材料或电介质材料。上层电池单元可为钙钛矿材料、有机材料、量子点材料等激子太阳电池，也可为非晶硅、非晶碳化硅、铜铟镓硒、碲化镉、砷化镓等宽带隙半导体太阳电池，其吸收材料带隙宽度可以为1.5eV-2.3eV，可包含一层或多层与中间串联层接触所需的缓冲层或匹配层，以减少中间串联层与上层电池单元间电阻或复合。
在叠层光伏器件，顶层电池单元的向光面还设置有减反射膜。该减反射膜用于降低叠层光伏器件的整体光学损失。该顶层电池单元为叠层光伏器件中，带隙最大的电池单元。参照图4、图5、图6或图7所示，该叠层光伏器件还可以包括顶层电极23和底层电极24。电极用于收集并导出载流子
下层电池单元还可以为同质结硅太阳电池，采用p型硅片，通过热扩散或离子注入的形式制备出n型层形成pn结，pn结位于下层电池单元的向光面。为了提高下层电池单元的光电转换效率，可在下层电池单元背光面制作钝化层及开孔的电学导出结构(PERC)，可在背光面进一步采用全面或局域重掺(PERT、PERL)，向光面可为抛光面，为减少光学损失，可在其向光面制作纳米光学结构或绒面结构。可在其向光面沉积氧化物隧穿钝化层及中间串联层。下层电池单元的向光面不沉积介电材料或减反射薄膜，以便于与中间串联进行电学接触。此处，下层电池单元向光面制作倒金字塔绒面结构，结构平均边长可以为500nm，平均边距5nm，结构深度250-500nm，倒金字塔结构可以采用金属离子辅助的各向异性刻蚀获得。
下层电池单元还可以为窄带隙薄膜太阳电池，吸收层材料可以为CIGS、非晶硅、CdTe、GaAs、钙钛矿等窄带隙或可调带隙材料。下层电池单元为CIGS薄膜太阳电池，具备常规结构，衬底、钼背电极、CIGS吸收层、CdS缓冲层、ZnO窗口层、AZO透明导电薄膜，该下层电池单元具备较平整向光面，作为与中间串联层的接触，表面纵向粗糙度约20nm。
在本发明实施例中，叠层光伏器件中的电池单元中间串联层等可以参照前述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。
本发明实施例还提供一种叠层光伏器件的生产方法。该方法包括如下步骤：
步骤101，提供第一电池单元。
在本发明实施例中，该第一电池单元可以为上述带隙较窄的下层电池单元。
步骤102，在所述第一电池单元的受光面沉积任一所述的中间串联层。
步骤103，在所述中间串联层的受光面沉积第二电池单元；所述第二电池单元的带隙宽度大于所述第一电池单元的带隙宽度；所述中间串联层用于导电互联所述第一电池单元和所述第二电池单元。
可选的，上述步骤102可以包括：采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电柱；或，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电单元和绝缘阻隔体。
具体的，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，在下层电池单元的向光面，沉积形成多个纳米导电柱，以形成纵向导电层。或者，真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，在下层电池单元的向光面，沉积形成多个纳米导电单元和绝缘阻隔体。
例如，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，在下层电池单元的向光面，同时沉积形成多个纳米导电单元和绝缘阻隔体，以形成纵向导电层。或者，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，先在下层电池单元的向光面，沉积形成绝缘阻隔体，然后，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，在绝缘阻隔体之间沉积形成多个纳米导电单元，以形成纵向导电层。在本发明实施例中，对绝缘阻隔体和纳米导电单元的沉积顺序，不作具体限定。
在本发明实施例中，真空沉积可以为：PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)、LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition，低压力化学气相沉积法)、PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)等。热丝化学气相沉积为Hot Wire Chemical Vapor Deposition，即HWCVD。化学气相沉积为Chemical Vapor Deposition，即CVD。
如，针对本征非晶硅、氮化硅、碳化硅、氧化铝等绝缘阻隔体，可以基于化学法：溶胶-凝胶等液态处理工艺，采用先涂敷后固化的方案，可用于沉积有机硅、聚合物、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物等材料。
可选的，在下层电池单元的向光面，可以采用蒸镀沉积修饰膜，修饰膜可以为种子层点阵结构，如，种子材料可以为氧化锌ZnO，种子层点阵平均直径可以10nm，种子点平面间距200nm。蒸镀腔本底真空度不大于5×10-4Pa，蒸镀速率为0.1-0.5nm/s。
可以在种子层上采用气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)生长ZnO纳米线，平均长度600nm，线径10-50nm，纳米线与纵向的夹角为0°。CVD法中，可以采用氩气作为载气，控制气流与源的输运速率，使ZnO生长速率约2-3nm/s或1-2nm/s。
再例如，可以采用LPCVD沉积绝缘阻隔体，如，绝缘阻隔体的材料为本征非晶硅，厚度填充并覆盖下层太阳电池倒金字塔结构与ZnO纳米线，沉积厚度600-800nm。可以使用氩气为载气，蒸镀腔本底真空不大于5×10-5Pa，系统气压100-1000Pa，沉积速率约10-20nm/min或5-10nm/min。沉积后使用离子刻蚀或化学刻刻蚀方式对表面进行平整化处理，刻蚀掉多余的绝缘阻隔体并暴露出ZnO纳米线与上层电池单元进行电学接触，表面粗糙度控制在纵向平均粗糙度不大于10nm。
再例如，可以采用溶胶-凝胶法沉积中间串联层，前驱体溶液中包含均匀分散的磁性银纳米线，纳米线平均线径10-20nm，平均长度50nm。前驱体溶液涂敷于下层电池单元表面后，在磁场中进行固化，固化后形成SiO2介孔薄膜，其中银纳米线获得一致的纵向排布并于AZO接触，平均角度与纵向的偏差不大于3°。随后用碱溶液刻蚀中间串联层，露出表面Ag纳米线，中间串联层厚度约40-50nm。
再例如，在下层电池单元的向光面，可以采用蒸镀沉积修饰膜，修饰膜为种子层点阵结构，种子材料为氧化钛点阵，种子层点阵平均直径5nm，种子点密排。在种子层上水热法生长密排氧化钛纳米线，平均长度50nm，线径5-10nm，纳米线与纵向角度偏离不大于3°。水热法前驱体溶液中选用有机钛源，水热温度不超过200℃，采用中性环境进行结晶生长，生长速率约3-4nm/min。
在本发明实施例中，纳米导电柱、纳米导电单元、绝缘阻隔体、纵向导电层等的形状、尺寸、材料等，可以参照前述相关内容，为了避免重复，此处不再赘述。上述叠层光伏器件的中间串联层的生产方法同样能够达到上述类似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
第二电池单元可以采用非真空方式沉积。该第二电池单元可以为上述带隙较宽的上层电池单元。如，针对上述第二太阳能电池的沉积可以如下：
首先在上述上层电池单元的向光面旋涂纳米导电柱材料形成纵向导电层，纳米导电柱的平均厚度可以为50nm。然后在纵向导电层的向光面旋涂并固化钙钛矿材料，固化温度不超过150℃，钙钛矿材料厚度为500-1000nm；在钙钛矿吸收层表面沉积空穴传输层及TCO薄膜。或者，首先在上述中间串联层的向光面沉积空穴传输层材料，Spiro-OMeTAD，平均厚度为30nm；后旋涂并固化钙钛矿材料，固化温度不超过150℃，钙钛矿材料厚度为500-1000nm；在钙钛矿吸收层表面沉积电子传输层及TCO薄膜。
在本发明实施例中，该方法的第一电池单元、第二电池单元、中间串联层等可以参照前述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。
本发明实施例中，关于中间串联层、叠层光伏器件及其生产方法，各个器件等均可以相互参照。
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 (16)

1.一种叠层光伏器件的中间串联层，其特征在于，所述中间串联层具有透光性；
所述中间串联层包括纵向导电层；
所述纵向导电层由纵向生长的纳米导电柱构成；
或，
所述纵向导电层包括相互间隔分布的纳米导电单元、以及位于相邻的纳米导电单元之间的绝缘阻隔体；所述绝缘阻隔体在横向上绝缘各个所述纳米导电单元；
所述中间串联层还包括位于所述纵向导电层的背光面上的修饰膜；所述纳米导电柱或所述纳米导电单元为功函数小于或等于3.0eV的材料，所述修饰膜的材料选自：电子选择性接触材料。
2.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述纳米导电柱为柱状晶体、纳米柱、纳米棒、纳米管中的一种；
所述纳米导电柱的横向尺寸为0.5-500 nm；
所述纳米导电柱的材料选自：氧化物半导体、硒化物半导体、碳化物、碳、导电聚合物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述纳米导电柱与纵向的夹角小于或等于10°。
4.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述纳米导电单元的形状为：线状、柱状、锥状或棒状中的一种；
所述纳米导电单元的横向尺寸为0.5-500 nm；
所述纳米导电单元的材料选自：金属、金属氧化物、金属硒化物、金属硫化物、碳、导电聚合物中的至少一种；
所述绝缘阻隔体的材料选自：有机硅、无机硅、氧化物电介质、聚合物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的中间串联层，其特征在于，所述金属选自金、银、铂、铝、铜、锡、钛中的至少一种；
所述金属氧化物选自氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化钼、氧化铜、氧化钒、氧化铊、氧化铪、氧化镍、氧化钨、氧化铟、氧化镓、掺铟氧化锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述纳米导电单元与纵向的夹角小于或等于10°。
7.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述中间串联层的向光面的平均粗糙度小于或等于100nm。
8.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，
所述修饰膜的材料选自：具有催化作用的金属、金属氧化物、金属硒化物，碳、碳化物，所述修饰膜作为所述纳米导电柱或所述纳米导电单元的种子层。
9.根据权利要求1或8所述的中间串联层，其特征在于，所述修饰膜的厚度为0.5-10nm；
所述修饰膜为连续的一层，或，所述修饰膜由若干个点阵结构密布而成，所述点阵结构的横向尺寸为0.5-10 nm。
10.根据权利要求1或8所述的中间串联层，其特征在于，所述电子选择性接触材料选自：富勒烯、石墨烯、石墨炔、钙、氟化锂、氟化镁中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述中间串联层在500-1300nm波段的平均透过率大于或等于85%。
12.根据权利要求1所述的中间串联层，其特征在于，所述中间串联层的纵向尺寸为10-1000nm。
13.一种叠层光伏器件，其特征在于，包括：至少两个带隙不同的电池单元以及权利要求1至12中任一所述的中间串联层；
各个所述电池单元按照吸收层带隙宽度能量由高到低的顺序从上到下依次叠放，所述中间串联层位于相邻的电池单元之间。
14.根据权利要求13所述的叠层光伏器件，其特征在于，
下层电池单元与所述中间串联层接触的表面具有陷光结构；所述下层电池单元为位于所述中间串联层的背光面的电池单元。
15.一种叠层光伏器件的生产方法，其特征在于，包括：
提供第一电池单元；
在所述第一电池单元的受光面沉积权利要求1至12中任一所述的中间串联层；
在所述中间串联层的受光面沉积第二电池单元；所述第二电池单元的带隙宽带大于所述第一电池单元的带隙宽度；所述中间串联层用于导电互联所述第一电池单元和所述第二电池单元。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，沉积中间串联层的步骤包括：
采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电柱；
或，采用真空沉积、化学法、化学气相沉积、热丝化学气相沉积中的一种，沉积形成各个纳米导电单元和绝缘阻隔体。
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