CN114023787A - 一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶硅‑钙钛矿叠层光伏组件，包括从上至下依次层叠设置的正面玻璃、钙钛矿电池层、上层胶膜、晶硅电池层、下层胶膜以及背面玻璃；其中所述晶硅电池层位于所述钙钛矿电池层的垂直投影区域，所述钙钛矿电池层的垂直投影面积不小于所述晶硅电池层的面积；所述钙钛矿电池层的电路回路与所述晶硅电池层的电路回路相互独立。本发明提供的晶硅‑钙钛矿叠层光伏组件，通过将钙钛矿电池层的电路回路与晶硅电池层的电路回路独立设置，使得两个电路回路分别独立运行，从而在设计过程中无需考虑钙钛矿电池层与晶硅电池层之间的电流与电压匹配问题，避免出现钙钛矿电池层与晶硅电池层电流与电压难以匹配的问题。

Description

一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件。

背景技术

由于晶硅电池组件光电转换效率有限，为了充分利用光谱和能量转换，突破光电转换效率，叠层电池组件为此提供了一个技术方向。钙钛矿作为一种有机无机混合材料，可以通过离子替换的方法调节其带隙，使它成为非常理想的叠层电池材料，可叠加在晶硅电池顶层构成晶硅-钙钛矿电池组件，从而提高电池组件的效率。

目前晶硅-钙钛矿光伏组件中的晶硅电池层与钙钛矿薄膜电池层，均采用串联或者并联连接的两端出线的组件结构；根据钙钛矿电池的材料特性，决定了钙钛矿电池的衰减速率大于晶硅电池的衰减速率，且温度变化对顶部钙钛矿电池层与底部晶硅电池层的电流电压影响不同，导致钙钛矿电池层与晶硅电池层的电流和电压难以完全匹配，从而影响晶硅-钙钛矿组件发电效率及工作寿命。

发明内容

本发明解决的问题是现有的晶硅-钙钛矿组件中，钙钛矿电池层与晶硅电池层的电流和电压难以完全匹配。

为解决上述问题，本发明提供一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，包括从上至下依次层叠设置的正面玻璃、钙钛矿电池层、上层胶膜、晶硅电池层、下层胶膜以及背面玻璃；其中所述晶硅电池层位于所述钙钛矿电池层的垂直投影区域，所述钙钛矿电池层的垂直投影面积不小于所述晶硅电池层的面积；所述钙钛矿电池层的电路回路与所述晶硅电池层的电路回路相互独立。

可选地，所述上层胶膜的厚度不小于1mm；所述钙钛矿电池层的边缘与所述正面玻璃的边缘之间的距离不小于11mm。

可选地，所述钙钛矿电池层的电路引出线与所述晶硅电池层的电路引出线位于不同的区域。

可选地，所述钙钛矿电池层包括至少两个并联连接的钙钛矿电池组；每一所述钙钛矿电池组均包括多个串联连接或串并联连接的钙钛矿电池。

可选地，所述钙钛矿电池层的电路引出线位于光伏组件的同一侧。

可选地，所述晶硅电池层包括两个并联连接的晶硅电池组；所述晶硅电池组包括多个串联连接的晶硅电池。

可选地，所述晶硅电池层的电路引出线位于光伏组件的中部位置。

可选地，所述钙钛矿电池层与所述晶硅电池层按照能隙从大到小的顺序叠合形成叠层结构。

可选地，所述钙钛矿电池层的能隙为所述晶硅电池层的能隙的1.4～2倍。

可选地，所述钙钛矿电池层的短路电流密度小于所述晶硅电池层的短路电流密度。

与现有技术相比，本发明提供的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件具有如下优势：

本发明提供的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，通过将钙钛矿电池层的电路回路与晶硅电池层的电路回路独立设置，使得两个电路回路分别独立运行，从而在设计过程中无需考虑钙钛矿电池层与晶硅电池层之间的电流与电压匹配问题，在避免出现钙钛矿电池层与晶硅电池层电流与电压难以匹配问题的同时，简化了晶硅-钙钛矿叠层光伏组件的设计与制造过程，降低了设计与制造难度。

附图说明

图1为本发明中晶硅-钙钛矿叠层光伏组件的结构简图；

图2为本发明中钙钛矿电池层的俯视图；

图3为本发明中晶硅电池层的俯视图一；

图4为本发明中晶硅电池层的俯视图二。

附图标记说明：

1-正面玻璃；2-钙钛矿电池层；21-钙钛矿电池正极引出线；22-钙钛矿电池负极引出线；3-上层胶膜；4-晶硅电池层；41-晶硅电池组；42-晶硅电池正极引出线；43-晶硅电池负极引出线；5-下层胶膜；6-背面玻璃。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

现有的晶硅-钙钛矿光伏组件均采用串联或者并联的两端出线的组件结构，即，通常通过串联或者并联的方式，将晶硅电池层与钙钛矿电池层的电路相连；这种设计方式的光伏组件需要解决钙钛矿电池层与晶硅电池层的工作电流、工作电压不匹配的问题。

为解决钙钛矿电池层与晶硅电池层的电流和电压难以完全匹配的问题，本发明提供一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，参见图1所示，该晶硅-钙钛矿叠层光伏组件包括从上至下依次层叠设置的正面玻璃1、钙钛矿电池层2、上层胶膜3、晶硅电池层4、下层胶膜5以及背面玻璃6；其中钙钛矿电池层2为透光发电钙钛矿电池层，该钙钛矿电池层2位于正面玻璃1的内表面，且晶硅电池层4位于钙钛矿电池层2的垂直投影区域，钙钛矿电池层2的垂直投影面积不小于晶硅电池层4的面积，以便于通过钙钛矿电池层2与晶硅电池层4最大限度的利用太阳光；钙钛矿电池层2的电路回路与晶硅电池层4的电路回路相互独立。

本申请中钙钛矿电池层2的电路回路与晶硅电池层4的电路回路相互独立具体是指，钙钛矿电池层2与晶硅电池层4分别设置相应的正负极引出线，并各自形成相互独立的电路回路，即，通过钙钛矿电池层2的正极引出线与负极引出线，形成钙钛矿电池层电路回路，同时，通过晶硅电池层4的正极引出线与负极引出线，形成晶硅电池层电路回路，上述的钙钛矿电池层电路回路与晶硅电池层电路回路相互独立，并不连接，从而避免出现钙钛矿电池层与晶硅电池层的电流和电压难以完全匹配的问题。

本发明提供的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，通过将钙钛矿电池层2的电路回路与晶硅电池层4的电路回路独立设置，使得两个电路回路分别独立运行，从而在设计过程中无需考虑钙钛矿电池层2与晶硅电池层4之间的电流与电压匹配问题，在避免出现钙钛矿电池层与晶硅电池层电流与电压难以匹配问题的同时，简化了晶硅-钙钛矿叠层光伏组件的设计与制造过程，降低了设计与制造难度。

本申请中正面玻璃1、钙钛矿电池层2、上层胶膜3、晶硅电池层4、下层胶膜5以及背面玻璃6的材质均可根据现有技术进行选择；其中上层胶膜3设置于钙钛矿电池层2与晶硅电池层4之间，为避免钙钛矿电池层电路回路与晶硅电池层电路回路之间相互影响，本申请优选上层胶膜3的厚度不小于1mm。

进一步的，本申请优选钙钛矿电池层2的边缘与正面玻璃1的边缘之间的距离不小于11mm。

为进一步避免钙钛矿电池层电路回路与晶硅电池层电路回路之间的影响，本申请优选钙钛矿电池层2的电路引出线与晶硅电池层4的电路引出线位于不同的区域。

具体的，本申请中的钙钛矿电池层2包括至少两个并联连接的钙钛矿电池组；每一钙钛矿电池组均包括多个串联连接或串并联连接的钙钛矿电池；钙钛矿电池组的数量以及钙钛矿电池的数量均可以根据需求进行确定。

进一步的，参见图2所示，为便于将电路引出，本申请优选钙钛矿电池层2的电路引出线位于光伏组件的同一侧，即钙钛矿电池层2的钙钛矿电池正极引出线31与钙钛矿电池负极引出线22同时位于光伏组件的头侧或尾侧。

其中每一钙钛矿电池均包括钙导电镀膜层、电子传输层、钛矿材料层、空穴传输层及金属电极层，其中导电镀膜层涂覆于正面玻璃基板上，电子传输层设于导电镀膜层与钙钛矿材料层之间，空穴传输层设于钙钛矿材料层与金属电极层之间，钙钛矿材料层和金属电极层均为透明材料以及透明电极。

参见图3、图4所示，本申请中的晶硅电池层4包括两个并联连接的晶硅电池组41；晶硅电池组41包括多个串联连接的晶硅电池。本申请中的晶硅电池可为各类将标准规格的均切晶硅电池，如PERC、HJT、Topcon等。

进一步的，参见图4所示，本申请优选晶硅电池层4的电路引出线位于光伏组件的中部位置，即晶硅电池正极引出线42以及晶硅电池负极引出线43均位于光伏组件的中部位置。

为便于将电路回路引出，本申请中正面玻璃1的侧部与中部均设置有相应的孔结构。

为提高晶硅-钙钛矿叠层光伏组件的效率，本申请优选钙钛矿电池层2与晶硅电池层4按照能隙从大到小的顺序叠合形成叠层结构，以便于最大限度地利用太阳光，提高光伏组件的效率。

即，本申请优选通过调节钙钛矿电池带隙的方式，使得位于上层的钙钛矿电池层2的能隙大于位于下层的晶硅电池层4的能隙，从而能够在晶硅-钙钛矿叠层光伏组件工作过程中，让短波长的光被上层具有宽带隙的钙钛矿电池层2进行吸收，长波长的光能够投射通过钙钛矿电池层2后，进入位于下层的晶硅电池层4，被窄带隙的晶硅电池层4吸收，这样通过对电池层叠层结构的带隙调整优化设计，上层的钙钛矿电池层2与下层的晶硅电池层4通过带隙吸收了太阳光谱的不同部分，可以最大限度的利用太阳光，提高光谱的利用率，提高晶硅-钙钛矿光伏组件的性能以及稳定性。

具体的，本申请优选钙钛矿电池层2的带隙可以通过化学调节在1.55eV～2.75eV之间灵活调节。

为保证光谱的利用率，本申请优选钙钛矿电池层2的能隙为晶硅电池层4的能隙的1.4～2倍；并进一步优选钙钛矿电池层2的短路电流密度(Jsc)小于晶硅电池层4的短路电流密度(Jsc)。

本申请提供的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件可以采用如下方法进行制造：在背面玻璃6上铺设下层胶膜5后，铺设晶硅电池层4、上层胶膜3、涂有钙钛矿电池层2的正面玻璃，随后将层叠好的组件放入层压机中层压，即得相互独立、分别出线的晶硅-钙钛矿电池组件。

本申请进一步通过具体实施例的方式，对该晶硅-钙钛矿叠层光伏组件进行具体说明。

如表1所示，本实施例中的晶硅电池选用在300nm～600nm吸收光谱范围内利用率比较低的HJT电池片，钙钛矿电池层2的光学带隙分别选择1.55eV、1.65V、1.75eV、1.9eV、2.05eV、2.25eV、2.45eV进行模拟计算。

当太阳光入射至该晶硅-钙钛矿叠层光伏组件时，入射在晶硅-钙钛矿叠层光伏组件上300-500nm、300-550nm、300-600nm、300-650nm、300-700nm、300-750nm、300-800nm的光被设置在上层的钙钛矿电池层2吸收，而透射过钙钛矿电池层2的500-1100nm、550-1100nm、600-1100nm、650-1100nm、700-1100nm、750-1200nm、800-1100nm的光被设置在下层的晶硅电池层4吸收，通过模拟计算得出当入射在晶硅-钙钛矿叠层光伏组件上300-600nm的光被设置在上层的钙钛矿电池层2吸收，600-1100nm的光被设置在下层的晶硅太阳能电池层4吸收能够较好的利用太阳光谱，得到30.8％的组件效率。

通过化学调制将带隙为2.05ev的钙钛矿电池层2涂在正面玻璃1基板的内表面，且距玻璃基体边缘距离不小于11mm，透明钙钛矿电池层2由多个等面积的钙钛矿电池单元串联和/或并联形成电池回路，从边缘将钙钛矿电池的正负极用汇流条导出，并使正负极位于晶硅-钙钛矿组件的头部或尾部同一侧，在组件背面玻璃6的头部或尾部位置上设置有开孔，汇流条从开孔中穿出后连接至接线盒，并从接线盒中引出钙钛矿电池层2的正负极。

晶硅电池层4由上下两个部分结构相同的晶硅电池组41构成，晶硅电池组41由6个电池串联组成，每个电池串由半片电池片串联连接形成，上下两个晶硅电池组41通过并联连接形成电池回路。用于并联上下晶硅电池组41的汇流条位于上半部分和下半部分之间，即位于组件的中部位置。在组件背面玻璃6的中部位置上设置有开孔，汇流条从开孔中穿出后连接至接线盒，并从接线盒中引出晶硅电池层4的正负极。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，包括从上至下依次层叠设置的正面玻璃(1)、钙钛矿电池层(2)、上层胶膜(3)晶硅电池层(4)、下层胶膜(5)以及背面玻璃(6)；其中所述晶硅电池层(4)位于所述钙钛矿电池层(2)的垂直投影区域，所述钙钛矿电池层(2)的垂直投影面积不小于所述晶硅电池层(4)的面积；所述钙钛矿电池层(2)的电路回路与所述晶硅电池层(4)的电路回路相互独立。

2.如权利要求1所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述上层胶膜(3)的厚度不小于1mm；所述钙钛矿电池层(2)的边缘与所述正面玻璃(1)的边缘之间的距离不小于11mm。

3.如权利要求1所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)的电路引出线与所述晶硅电池层(4)的电路引出线位于不同的区域。

4.如权利要求3所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)包括至少两个并联连接的钙钛矿电池组；每一所述钙钛矿电池组均包括多个串联连接或串并联连接的钙钛矿电池。

5.如权利要求4所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)的电路引出线位于光伏组件的同一侧。

6.如权利要求3所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述晶硅电池层(4)包括两个并联连接的晶硅电池组；所述晶硅电池组包括多个串联连接的晶硅电池。

7.如权利要求6所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述晶硅电池层(4)的电路引出线位于光伏组件的中部位置。

8.如权利要求1～7任一项所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)与所述晶硅电池层(4)按照能隙从大到小的顺序叠合形成叠层结构。

9.如权利要求8所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)的能隙为所述晶硅电池层(4)的能隙的1.4～2倍。

10.如权利要求8所述的晶硅-钙钛矿叠层光伏组件，其特征在于，所述钙钛矿电池层(2)的短路电流密度小于所述晶硅电池层(4)的短路电流密度。

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