CN115084294A - 两端式叠层薄膜太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件及其制备方法，所述电池组件包括叠层设置的底层电池组件、透明绝缘隔板以及顶层电池组件，底层电池组件和顶层电池组件通过连接导线相互串接；所述底层电池组件包括依次串联的多个第一子电池，所述顶层电池组件包括依次串联的多个第二子电池，所述底层电池组件中的光吸收层的禁带宽度小于所述顶层电池组件中的光吸收层的禁带宽度；所述第一子电池的面积S1和所述第二子电池的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure DDA0003648544600000011
其中，S0为所述叠层薄膜太阳能电池组件的面积，I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。本发明能够减少两端式叠层薄膜太阳能电池组件的能量损失并降低其制备工艺难度。

Description

两端式叠层薄膜太阳能电池组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
背景技术
以晶体硅为主流光伏材料的光电转换效率已经接近28％，非常逼近理论极限效率33％，电池效率上升空间非常有限。叠层太阳能电池利用禁带宽度不同的两种光电材料分别利用长波太阳能和短波太阳能，可以将理论极限效率从单节电池的33％提高多双节电池的44％。
目前的双结叠层电池技术主要包括两端法和四端法。两端法在以底电池为衬底的基础上制备顶电池，主要的挑战在于：1)对于底电池的粗糙度要求较高；2)顶电池的工艺温度不能超过底电池的最高承受温度，难以满足顶电池的工艺需求；3)底电池与顶电池间需形成电流匹配(例如在底电池与顶电池之间设置隧穿层等)，会损失一部分能量，降低了能量利用率。四端法将底电池和顶电池简单叠层，两个电池组件分别利用不同的衬底和封装技术，彼此间两个组件互不影响，但是增加了制备成本，此外也需要两套光伏逆变器与储能系统，增加了使用成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件及其制备方法，以解决现有的两端式叠层太阳能电池的电流匹配损失以及制备工艺难度高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其包括叠层设置的底层电池组件、透明绝缘隔板以及顶层电池组件，所述底层电池组件和所述顶层电池组件通过连接导线相互串接；
所述底层电池组件包括依次串联的多个第一子电池，所述顶层电池组件包括依次串联的多个第二子电池，所述底层电池组件中的光吸收层的禁带宽度小于所述顶层电池组件中的光吸收层的禁带宽度；
所述第一子电池的面积S1和所述第二子电池的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure BDA0003648544580000021
其中，S0为所述叠层薄膜太阳能电池组件的面积，I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。
优选地，所述底层电池组件中的光吸收层的禁带宽度不大于1.1eV，所述顶层电池组件中的光吸收层的禁带宽度不小于1.5eV。
优选地，所述底层电池组件的电池类型选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池或钙钛矿薄膜太阳能电池，所述顶层电池组件的电池类型选择为钙钛矿薄膜太阳能电池。
优选地，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的第一衬底、金属背电极层、铜铟镓硒光吸收层、硫化镉缓冲层和第一透明电极层；所述钙钛矿薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的第二衬底、第二透明电极层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层和第三透明电极层。
优选地，所述底层电池组件的电池类型选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述顶层电池组件的电池类型选择为钙钛矿薄膜太阳能电池；其中，按照所述第三透明电极层朝向所述第一透明电极层的方向，将所述钙钛矿薄膜太阳能电池设置在所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池上；所述连接导线连接在所述第三透明电极层和所述第一透明电极层之间。
优选地，所述透明绝缘隔板的材料选自聚甲醛、聚乙烯、聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚、乙烯丙烯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯基咔唑、聚醋酸乙烯酯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚(α-腈基丙烯酸丁酯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚异丁烯基橡胶、聚氯代丁二烯、聚顺式-1,4-异戊二烯、古塔橡胶、丁苯橡胶、聚己内酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚己二酰己二胺、聚癸二酰己二胺、聚亚壬基脲、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚环氧乙烷、聚2,6-二甲基对苯醚、聚苯硫醚、聚[双(甲基胺基)膦腈]、聚[双(三氟代乙氧基)膦腈]、聚二甲基硅氧烷、赛璐珞纤维素和聚二苯醚砜中的任意一种。
优选地，所述透明绝缘隔板的厚度为5μm～20μm。
如上所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法，其包括：
制备底层电池组件：制备总面积为S0的底层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S1的多个第一子电池，形成底层电池组件；
制备顶层电池组件：制备总面积为S0的顶层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S2的多个第二子电池，形成顶层电池组件；
提供透明绝缘隔板并叠层设置在所述底层电池组件上，将所述顶层电池组件叠层设置在所述透明绝缘隔板上；
将所述底层电池组件的负极通过连接导线连接至所述顶层电池组件的正极，制备获得所述两端式叠层薄膜太阳能电池组件；
其中，所述第一子电池的面积S1和所述第二子电池的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure BDA0003648544580000031
I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。
优选的方案中，所述底层电池组件的电池类型选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其制备工艺包括：
提供第一衬底并在所述第一衬底上沉积金属背电极层；
应用第一道刻划工艺按照预定图案对所述金属背电极层进行刻划分割；
在所述金属背电极层上制备形成铜铟镓硒光吸收层；
在所述铜铟镓硒光吸收层上制备形成硫化镉缓冲层；
应用第二道刻划工艺按照预定图案对所述硫化镉缓冲层和铜铟镓硒光吸收层进行刻划分割；
在所述硫化镉缓冲层上制备形成第一透明电极层，并且所述第一透明电极层填充在所述第二道刻划工艺的刻划沟道中连接至所述金属背电极层；
应用第三道刻划工艺按照预定图案对所述第一透明电极层、硫化镉缓冲层和铜铟镓硒光吸收层进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第一子电池的铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
优选的方案中，所述顶层电池组件的电池类型选择为钙钛矿薄膜太阳能电池，其制备工艺包括：
提供第二衬底并在所述第二衬底上沉积第二透明电极层；
应用第四道刻划工艺按照预定图案对所述第二透明电极层进行刻划分割；
在所述第二透明电极层上制备形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上制备形成钙钛矿光吸收层；
在所述钙钛矿光吸收层上制备形成电子传输层；
应用第五道刻划工艺按照预定图案对所述电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层进行刻划分割；
在所述电子传输层上制备形成第三透明电极层，并且所述第三透明电极层填充在所述第五道刻划工艺的刻划沟道中连接至所述第二透明电极层；
应用第六道刻划工艺按照预定图案对所述第三透明电极层、电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第二子电池的钙钛矿薄膜太阳能电池。
本发明实施例提供的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，将底层电池组件和顶层电池组件通过连接导线相互串接，在两者之间设置透明绝缘隔板后封装形成为两端式的叠层太阳能电池组件，其中，通过控制底层电池组件和顶层电池组件中单个子电池的面积大小关系，使得底层电池组件的输出电流与顶层电池组件的输出电流一致，由此获得无电流匹配损失的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，减少了能量的损失，提高了能量利用率。
本发明实施例提供的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法，其中的底层电池组件和顶层电池组件是分开制备再将两者叠层封装，即，顶层电池组件的制备并不是以底层电池组件为衬底直接制备，因此该两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备工艺简单、易于实现，有利于大规模的工业化生产。
附图说明
图1和图2是本发明实施例的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的结构图示；
图3是本发明实施例中的底层电池组件的结构图示；
图4是本发明实施例中的顶层电池组件的结构图示；
图5a-5g是本发明实施例中的底层电池组件的制备工艺过程的示意图；
图6a-6h是本发明实施例中的顶层电池组件的制备工艺过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例首先提供一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件。图1和图2是本发明实施例的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的结构图示。
参阅图1和图2，本发明实施例的两端式叠层薄膜太阳能电池组件包括叠层设置的底层电池组件10、透明绝缘隔板30以及顶层电池组件20，所述底层电池组10件和所述顶层电池组件20通过连接导线40相互串接。其中，需要说明的是，图2中，为了更好地示出底层电池组件10、透明绝缘隔板30以及顶层电池组件20的叠层结构，三者之间在图2中是呈错位的方式呈现，实际上三者是以对其的方式叠层连接的。
其中，所述底层电池组件10包括依次串联的多个第一子电池101，所述顶层电池组件20包括依次串联的多个第二子电池201，所述底层电池组件10中的光吸收层的禁带宽度小于所述顶层电池组件20中的光吸收层的禁带宽度，以实现对不同波段光线的吸收。
其中，所述第一子电池101的面积S1和所述第二子电池201的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure BDA0003648544580000051
其中，S0为所述叠层薄膜太阳能电池组件的面积，I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。
进一步地，所述底层电池组件10设置有第一正极102和第一负极103，所述顶层电池组件20设置有第二正极202和第二负极203。将所述底层电池组件10、透明绝缘隔板30以及顶层电池组件20依次叠层设置之后，通过所述连接导线40将所述第二正极202连接至所述第一负极103，由此实现底层电池组10件与顶层电池组件20之间相互串接，形成为两端式叠层薄膜太阳能电池组件。
如上实施例所述的通过控制底层电池组件和顶层电池组件中单个子电池的面积大小关系使其条件：
Figure BDA0003648544580000061
使得底层电池组件的总输出电流与顶层电池组件的总输出电流一致，由此获得无电流匹配损失的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，减少了能量的损失，提高了能量利用率。
在优选的方案中，所述底层电池组件10中的光吸收层的禁带宽度不大于1.1eV，所述顶层电池组件20中的光吸收层的禁带宽度不小于1.5eV。
其中，所述底层电池组件10的电池类型可以选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池或钙钛矿薄膜太阳能电池，所述顶层电池组件20的电池类型可以选择为钙钛矿薄膜太阳能电池。
作为优选的方案，本实施例中，所述底层电池组件10选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，并且所述顶层电池组件20选择为钙钛矿薄膜太阳能电池。
参阅图3，本实施例中，所述底层电池组件10，即，铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其结构包括依次叠层设置的第一衬底11、金属背电极层12、铜铟镓硒光吸收层13、硫化镉缓冲层14和第一透明电极层15。其中，通过在其制备工艺过程中应用刻划工艺将以上叠层设置各个结构层进行分割形成为多个第一子电池101(图3中示例性示出了两个第一子电池101)，并且前一个子电池的第一透明电极层电性连接至后一个子电池的金属背电极层，由此实现相邻两个子电池的串联。进一步地，结合图1和图2，本实施例的底层电池组件10，从所述金属背电极层12上引出电极结构形成为所述底层电池组件10的第一正极102，从所述第一透明电极层15上引出电极结构形成为所述底层电池组件10的第一负极103。
参阅图4，本实施例中，所述顶层电池组件20，即，钙钛矿薄膜太阳能电池，其结构包括依次叠层设置的第二衬底21、第二透明电极层22、空穴传输层23、钙钛矿光吸收层24、电子传输层25和第三透明电极层26。其中，通过在其制备工艺过程中应用刻划工艺将以上叠层设置各个结构层进行分割形成为多个第二子电池201(图4中示例性示出了两个第二子电池201)，并且前一个子电池的第三透明电极层电性连接至后一个子电池的第二透明电极层，由此实现相邻两个子电池的串联。进一步地，结合图1和图2，本实施例的顶层电池组件20，从所述第三透明电极层26上引出电极结构形成为所述顶层电池组件20的第二正极202，从所述第二透明电极层22上引出电极结构形成为所述顶层电池组件20的第二负极203。
基于以上的底层电池组件10和顶层电池组件20的结构，以所述第二衬底21为基准，所述顶层电池组件20是呈倒置状态叠层设置在所述底层电池组件10的上方。即，按照所述第三透明电极层26朝向所述第一透明电极层15的方向，将所述钙钛矿薄膜太阳能电池设置在所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池上，所述连接导线40连接在所述第三透明电极层26和所述第一透明电极层15之间，由此实现两端式叠层薄膜太阳能电池组件的叠层封装。
所述透明绝缘隔板30主要是用于电性隔离底层电池组件10和顶层电池组件20之间的电机层，并且要避免阻挡从上方入射的光线到达底层电池组件10，因此，所述透明绝缘隔板30需要同时具备良好的绝缘性能和透光性能。在具体的技术方案中，所述透明绝缘隔板30的材料可以选自聚甲醛、聚乙烯、聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚、乙烯丙烯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯基咔唑、聚醋酸乙烯酯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚(α-腈基丙烯酸丁酯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚异丁烯基橡胶、聚氯代丁二烯、聚顺式-1,4-异戊二烯、古塔橡胶、丁苯橡胶、聚己内酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚己二酰己二胺、聚癸二酰己二胺、聚亚壬基脲、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚环氧乙烷、聚2,6-二甲基对苯醚、聚苯硫醚、聚[双(甲基胺基)膦腈]、聚[双(三氟代乙氧基)膦腈]、聚二甲基硅氧烷、赛璐珞纤维素和聚二苯醚砜中的任意一种。
在进一步优选的方案中，所述透明绝缘隔板30的厚度优选为5μm～20μm。例如是5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm或20μm等。
本发明实施例中还提供了如上所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法，结合图1和图2，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1、制备底层电池组件10：制备总面积为S0的底层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S1的多个第一子电池101，形成底层电池组件。
步骤S2、制备顶层电池组件20：制备总面积为S0的顶层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S2的多个第二子电池201，形成顶层电池组件20。
步骤S3、提供透明绝缘隔板30并叠层设置在所述底层电池组件10上，将所述顶层电池组件20叠层设置在所述透明绝缘隔板30上。
步骤S4、将所述底层电池组件10的负极103通过连接导线40连接至所述顶层电池组件20的正极202，制备获得所述两端式叠层薄膜太阳能电池组件。
其中，如前文所述，所述第一子电池101的面积S1和所述第二子电池201的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure BDA0003648544580000081
I1为所述第一子电池101的短路电流，I2为所述第二子电池201的短路电流。因此，在确定组件的总面积S0，底层电池组件10和顶层电池组件20的电池类型及其材料和结构之后，需要计算确定底层电池组件10和顶层电池组件20的子电池的面积，使其满足以上的条件，然后做出相应的结构图案。由此，在以上步骤S1制备底层电池组件10以及步骤S2制备底层电池组件20的过程中，根据各自预定的图案对薄膜电池进行分割，使得所述第一子电池101的面积S1和所述第二子电池201的面积S2能够符合
Figure BDA0003648544580000082
的条件要求。
以上实施例提供的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法，其中的底层电池组件和顶层电池组件是分开制备再将两者叠层封装，即，顶层电池组件的制备并不是以底层电池组件为衬底直接制备，因此该两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备工艺简单、易于实现，有利于大规模的工业化生产。
作为优选的方案，本实施例中，以所述底层电池组件10选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，并且所述顶层电池组件20选择为钙钛矿薄膜太阳能电池的具体例子，对本发明的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法进行详细说明。
参阅图5a至图5g并结合图3，本实施例中的底层电池组件10，即铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备工艺包括以下步骤：
步骤S11、如图5a所示，提供第一衬底11并在所述第一衬底11上沉积金属背电极层12。
其中，所述第一衬底11例如可以是钠钙玻璃、柔性金属(不锈钢、Ti、钼等)、柔性聚酰亚胺(PI)等。金属背电极层12通常是可以设置为200nm～1000nm厚的Mo金属层。
在本发明具体的案例中，首先，将厚度为2mm～3mm的钠钙玻璃衬底，依次通过丙酮超声、乙醇超声、超纯水超声、烘烤或者等离子体清洗等步骤，去除表面的灰尘、有机污渍等。然后利用磁控溅射在钠钙玻璃衬底沉积双层Mo薄膜背电极，沉积过程中不加热。第一层厚度为500nm，溅射条件为工作压强2.0Pa，功率1W/cm2；第二层的厚度为500nm，溅射条件为工作压强0.5Pa，功率4W/cm2。
步骤S12、如图5b所示，应用第一道刻划工艺P1按照预定图案对所述金属背电极层12进行刻划分割。
步骤S13、如图5c所示，在所述金属背电极层12上制备形成铜铟镓硒光吸收层13。
具体地，可以通过溅射硒化(硫化)法或共蒸法工艺在金属背电极层12上制备一层厚度为2微米左右的铜铟镓硒半导体薄膜，形成所述铜铟镓硒光吸收层13。
在本发明具体的案例中，利用三步共蒸发制备铜铟镓硒光吸收层，首先将步骤S12的镀钼后的衬底放入本底真空条件2.0×10-6Pa～1.0×10-5Pa腔体内，然后进行以下三个阶段的蒸镀：
第一阶段，硒的蒸气压控制为2.0×10-3Pa～1.0×10-2Pa，在衬底上蒸镀In、Ga和Se三种元素，In、Ga和Se三种元素的蒸发源温度分别为：830℃～860℃、930℃～970℃和300℃～360℃，衬底温度为330℃～360℃，沉积时间为20min～36min。
第二阶段，硒的蒸气压为1.0×10-2Pa～2.0×10-2Pa，在前一步形成膜层上同时蒸镀Cu和Se两种元素，Cu和Se两种元素的蒸发源温度分别为：1200℃～1350℃和340℃～380℃，此时衬底的温度为500℃～560℃，沉积时间为12min～20min。
第三阶段，硒的蒸气压2.0×10-2Pa～3.0×10-2Pa下，在前两步形成的膜层上同时蒸镀In、Ga和Se三种元素，In、Ga和Se三种元素的蒸发源温度分别为：830℃～860℃、900℃～930℃和340℃～380℃，此时衬底的温度为500℃～560℃，沉积时间为18min～20min。
基于以上三步共蒸发制备铜铟镓硒光吸收层，铜铟镓硒光吸收层中的各元素满足：0≦[Ga]/([Ga]+[In])≦0.3，0.85≦[Cu]/([Ga]+[In])≦0.95。通过调节其中的元素的比例，可以调节铜铟镓硒光吸收层的禁带宽度。
步骤S14、如图5d所示，在所述铜铟镓硒光吸收层13上制备形成硫化镉缓冲层14。
具体地，可以通过化学水浴法或者磁控溅射法制备一层约30nm～80nm厚度的CdS缓冲层。在一些实施例中，也可以是制备Zn(O,S)缓冲层代替所述CdS缓冲层。
在本发明具体的案例中，CdS缓冲层采用化学水浴法生长，具体如下：
首先分别配制硫酸镉的水溶液和硫脲的水溶液，同时准备好浓氨水(28％-30％)以及装有水的反应容器中，用去离子水冲洗具有铜铟镓硒光吸收层的衬底表面，随后放置在反应容器中，将浓氨水与硫酸镉水溶液混合并倒入反应容器，随后倒入硫脲的水溶液。将反应容器迅速放入水浴锅中，水浴锅的温度在整个制备过程中一直加热保持68℃左右，在铜铟镓硒光吸收层上生长CdS薄膜。生长结束后取出样品并冲洗，随后用高纯氮气吹干样品，最后将样品放在160℃的烘箱中退火2min，由此制备获得CdS缓冲层。
步骤S15、如图5e所示，应用第二道刻划工艺P2按照预定图案对所述硫化镉缓冲层14和铜铟镓硒光吸收层13进行刻划分割。
步骤S16、如图5f所示，在所述硫化镉缓冲层14上制备形成第一透明电极层15，并且所述第一透明电极层15填充在所述第二道刻划工艺P2的刻划沟道中连接至所述金属背电极层12。
在本发明具体的案例中，第一透明电极层15包括自下而上依次设置的本征氧化锌(i-ZnO)层和掺铝氧化锌(AZO)层。溅射i-ZnO层时，氩气流量为20sccm，氧气流量为2.0sccm，溅射功率为220W，压强为0.5Pa，厚度为50nm；溅射透AZO层时，将衬底温度加热至120℃，氩气流量为20sccm，氢气流量为2.5sccm，溅射功率750W，溅射压强为0.5Pa，厚度为200nm。
步骤S17、如图5g所示，应用第三道刻划工艺P3按照预定图案对所述第一透明电极层15、硫化镉缓冲层14和铜铟镓硒光吸收层13进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第一子电池101的铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
进一步地，从所述金属背电极层12上引出电极结构形成为第一正极102，从所述第一透明电极层15上引出电极结构形成为第一负极103获得如图3所示的底层电池组件10。
参阅图6a至图6g并结合图4，本实施例中的顶层电池组件20，即钙钛矿薄膜太阳能电池的制备工艺包括以下步骤：
步骤S21、如图6a所示，提供第二衬底21并在所述第二衬底21上沉积第二透明电极层22。
其中，所述第二衬底21需要选择为透明衬底，例如是玻璃衬底。在沉积第二透明电极层22之前可以对所述第二衬底21进行清洗，清洗的工艺可以参照前文步骤S11中对第一衬底11的工艺进行。
其中，所述第二透明电极层22的材料优选为ITO。
在本发明具体的案例中，利用磁控溅射制备ITO薄膜，工艺条件包括：衬底温度加热至250℃，氩气流量为20sccm，氢气流量为2.5sccm，溅射功率750W，溅射压强为0.5Pa，厚度为200nm。
步骤S22、如图6b所示，应用第四道刻划工艺P4按照预定图案对所述第二透明电极层22进行刻划分割。
步骤S23、如图6c所示，在所述第二透明电极层22上制备形成空穴传输层23。在本发明具体的案例中，取Spiro-OMe TAD溶液平铺于第二透明电极层22，用4000rpm的速度旋涂30s，然后干燥处理，制备获得所述空穴传输层23。
步骤S24、如图6d所示，在所述空穴传输层23上制备形成钙钛矿光吸收层24。
其中，钙钛矿光吸收层24的制备可以选择刮刀涂布法、狭缝涂布法、喷涂法、喷墨打印、软覆盖沉积法、气相沉积法等，其中钙钛矿材料可为无机钙钛矿(CsPbI3,CsPbI2Br)或者Cs-FA基混合卤化物钙钛矿。
在本发明具体的案例中，先将PbI2的DMF溶液按5000rpm的速度旋涂30s沉积在空穴传输层之上，接着按5000rpm的速度旋涂30s沉积MAI的异丙醇溶液，然后在120℃度的加热板上退火20min，形成钙钛矿吸光层。
步骤S25、如图6e所示，在所述钙钛矿光吸收层24上制备形成电子传输层25。在本发明具体的案例中，将TiO2前驱体溶液平铺于钙钛矿吸光层上，以2500rpm的速度旋涂60s，然后在120℃下加热20min，接着在400℃马弗炉中下退火60min并自然冷却至室温，制备形成电子传输层25。
步骤S26、如图6f所示，应用第五道刻划工艺P5按照预定图案对所述电子传输层25、钙钛矿光吸收层24和空穴传输层23进行刻划分割。
步骤S27、如图6g所示，在所述电子传输层25上制备形成第三透明电极层26，并且所述第三透明电极层26填充在所述第五道刻划工艺P5的刻划沟道中连接至所述第二透明电极层22。
其中，所述第三透明电极层26的材料优选为ITO，其具体制备工艺可以采用与步骤S21中第二透明电极层22相同的制备工艺。
步骤S28、如图6h所示，应用第六道刻划工艺P6按照预定图案对所述第三透明电极层26、电子传输层25、钙钛矿光吸收层24和空穴传输层23进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第二子电池201的钙钛矿薄膜太阳能电池。
进一步地，从所述第三透明电极层26上引出电极结构形成为第二正极202，从所述第二透明电极层22上引出电极结构形成为第二负极203，获得如图4所示的顶层电池组件20。
其中，如上所述的第一道至第六道刻划工艺P1～P6，均是激光刻划工艺，并且其中所述的预定图案是指如前文所述的能够使得所述第一子电池101的面积S1和所述第二子电池201的面积S2符合
Figure BDA0003648544580000121
的条件要求的结构图案。
在制备获得如上所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池(底层电池组件10)和钙钛矿薄膜太阳能电池(顶层电池组件20)之后，首先将透明绝缘隔板30叠层设置在铜铟镓硒薄膜太阳能电池的第一透明电极层15上，然后将钙钛矿薄膜太阳能电池倒置，使得其中的第三透明电极层26朝向所述第一透明电极层15叠层设置在所述透明绝缘隔板30上，接着将从第三透明电极层26上引出的第二正极202通过连接导线40连接至从第一透明电极层15上引出的一负极103，由此实现两端式叠层薄膜太阳能电池组件的叠层封装。
综上所述，本发明如上实施例提供的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，通过控制底层电池组件和顶层电池组件中单个子电池的面积大小关系，使得底层电池组件的输出电流与顶层电池组件的输出电流一致，由此获得无电流匹配损失的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，减少了能量的损失，提高了能量利用率；其制备工艺简单、易于实现，有利于大规模的工业化生产。
需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，包括叠层设置的底层电池组件、透明绝缘隔板以及顶层电池组件，所述底层电池组件和所述顶层电池组件通过连接导线相互串接；
所述底层电池组件包括依次串联的多个第一子电池，所述顶层电池组件包括依次串联的多个第二子电池，所述底层电池组件中的光吸收层的禁带宽度小于所述顶层电池组件中的光吸收层的禁带宽度；
所述第一子电池的面积S1和所述第二子电池的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure FDA0003648544570000011
其中，S0为所述叠层薄膜太阳能电池组件的面积，I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。
2.根据权利要求1所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述底层电池组件中的光吸收层的禁带宽度不大于1.1eV，所述顶层电池组件中的光吸收层的禁带宽度不小于1.5eV。
3.根据权利要求1或2所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述底层电池组件的电池类型选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池或钙钛矿薄膜太阳能电池，所述顶层电池组件的电池类型选择为钙钛矿薄膜太阳能电池。
4.根据权利要求3所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的第一衬底、金属背电极层、铜铟镓硒光吸收层、硫化镉缓冲层和第一透明电极层；所述钙钛矿薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的第二衬底、第二透明电极层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层和第三透明电极层。
5.根据权利要求4所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述底层电池组件的电池类型选择为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述顶层电池组件的电池类型选择为钙钛矿薄膜太阳能电池；其中，按照所述第三透明电极层朝向所述第一透明电极层的方向，将所述钙钛矿薄膜太阳能电池设置在所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池上；所述连接导线连接在所述第三透明电极层和所述第一透明电极层之间。
6.根据权利要求1所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述透明绝缘隔板的材料选自聚甲醛、聚乙烯、聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚、乙烯丙烯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯基咔唑、聚醋酸乙烯酯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚(α-腈基丙烯酸丁酯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚异丁烯基橡胶、聚氯代丁二烯、聚顺式-1,4-异戊二烯、古塔橡胶、丁苯橡胶、聚己内酰胺、聚亚癸基甲酰胺、聚己二酰己二胺、聚癸二酰己二胺、聚亚壬基脲、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚环氧乙烷、聚2,6-二甲基对苯醚、聚苯硫醚、聚[双(甲基胺基)膦腈]、聚[双(三氟代乙氧基)膦腈]、聚二甲基硅氧烷、赛璐珞纤维素和聚二苯醚砜中的任意一种。
7.根据权利要求1或6所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述透明绝缘隔板的厚度为5μm～20μm。
8.一种如权利要求1-7任一所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，包括：
制备底层电池组件：制备总面积为S0的底层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S1的多个第一子电池，形成底层电池组件；
制备顶层电池组件：制备总面积为S0的顶层薄膜太阳能电池，并分割为依次串联的面积为S2的多个第二子电池，形成顶层电池组件；
提供透明绝缘隔板并叠层设置在所述底层电池组件上，将所述顶层电池组件叠层设置在所述透明绝缘隔板上；
将所述底层电池组件的负极通过连接导线连接至所述顶层电池组件的正极，制备获得所述两端式叠层薄膜太阳能电池组件；
其中，所述第一子电池的面积S1和所述第二子电池的面积S2按照以下条件进行设置：
Figure FDA0003648544570000021
I1为所述第一子电池的短路电流，I2为所述第二子电池的短路电流。
9.根据权利要求8所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述底层电池组件的为铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其制备工艺包括：
提供第一衬底并在所述第一衬底上沉积金属背电极层；
应用第一道刻划工艺按照预定图案对所述金属背电极层进行刻划分割；
在所述金属背电极层上制备形成铜铟镓硒光吸收层；
在所述铜铟镓硒光吸收层上制备形成硫化镉缓冲层；
应用第二道刻划工艺按照预定图案对所述硫化镉缓冲层和铜铟镓硒光吸收层进行刻划分割；
在所述硫化镉缓冲层上制备形成第一透明电极层，并且所述第一透明电极层填充在所述第二道刻划工艺的刻划沟道中连接至所述金属背电极层；
应用第三道刻划工艺按照预定图案对所述第一透明电极层、硫化镉缓冲层和铜铟镓硒光吸收层进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第一子电池的铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
10.根据权利要求8或9所述的两端式叠层薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述顶层电池组件为钙钛矿薄膜太阳能电池，其制备工艺包括：
提供第二衬底并在所述第二衬底上沉积第二透明电极层；
应用第四道刻划工艺按照预定图案对所述第二透明电极层进行刻划分割；
在所述第二透明电极层上制备形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上制备形成钙钛矿光吸收层；
在所述钙钛矿光吸收层上制备形成电子传输层；
应用第五道刻划工艺按照预定图案对所述电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层进行刻划分割；
在所述电子传输层上制备形成第三透明电极层，并且所述第三透明电极层填充在所述第五道刻划工艺的刻划沟道中连接至所述第二透明电极层；
应用第六道刻划工艺按照预定图案对所述第三透明电极层、电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层进行刻划分割，制备获得包括相互串联的多个第二子电池的钙钛矿薄膜太阳能电池。
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