CN116471857A - 一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺，其包括钙钛矿光伏组件、晶硅光伏组件以及背板；其中晶硅光伏组件包括PN结相反的第一电池片和第二电池片，所述第一电池片和第二电池片沿着电流传输方向呈交替设置；钙钛矿光伏组件为背接触钙钛矿光伏电池组件，所述第一电池片朝向前板玻璃设置有第一顶电极，另一面设置有第一底电极；所述第二电池片朝向前板玻璃设置有第二顶电极、另一面设置有第二底电极；所述第一电池片的第一顶电极与相邻一侧的第二电池片的第二顶电极电连接，且第一电池片的第一底电极与相邻另一第二电池的第二底电极电连接。本申请具有缓解汇流条焊接麻烦的效果。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术的领域，尤其是涉及一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺。
背景技术
化石能源日益枯竭，人们对于清洁能源需求的日益增大。在众多清洁能源技术中，光伏发电是最具潜力的可再生能源技术之一，因而越来越受到人们的重视。太阳能电池是通过光电效应把光能转化成电能的装置。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
目前常见的光伏组件结构，包括玻璃前板、胶膜、光伏电池片、胶膜以及背板，其中光伏电池片有多个，相邻两个光伏电池片之间设置有汇流条，汇流条一端焊接于光伏电池片的顶电极，另一端焊接于相邻光伏电池片的底电极，从而实现了光伏电池片之间的串联。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有焊接汇流条需要将电池片焊接之后将其翻转过来然后焊接背面，因此存在焊接操作麻烦的缺陷。
发明内容
为了缓解汇流条焊接麻烦的问题，本申请提供一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺。
一方面，本申请提供的一种钙钛矿叠层电池结构，采用如下的技术方案：
一种钙钛矿叠层电池结构，依次包括钙钛矿光伏组件、晶硅光伏组件以及背板；其中晶硅光伏组件包括第一电池片和第二电池片，所述第一电池片的PN结的P区靠近钙钛矿光伏组件，而N区远离钙钛矿光伏组件；所述第二电池片的PN结的N区靠近钙钛矿光伏组件，而P区远离钙钛矿光伏组件，所述第一电池片和第二电池片沿着电流传输方向呈交替设置；所述第一电池片朝向钙钛矿光伏组件设置有第一顶电极，另一面设置有第一底电极；所述第二电池片朝向钙钛矿光伏组件设置有第二顶电极、另一面设置有第二底电极；所述第一电池片的第一顶电极与相邻一侧的第二电池片的第二顶电极电连接，且第一电池片的第一底电极与相邻另一第二电池的第二底电极电连接。
通过采用上述技术方案，将同一光伏组件中的晶硅光伏组件分为两种，两种电池片的层叠结构相反，当两者均被光照之后一个电池片的电流从顶电极流向底电极，而另一个电池片的电流从底电极流向顶电极，此时第一电池片的第一顶电极与相邻一侧的第二电池片的第二顶电极电连接，且第一电池片的第一底电极与相邻另一第二电池的第二底电极电连接，实现两种电池片的串联。
可选的，所述钙钛矿光伏组件依次包括前板玻璃、TCO膜、电子传输层以及钙钛矿吸光层，所述钙钛矿光伏组件还包括多个间隔设置于TCO膜的绝缘层，所述绝缘层设置有导电层，所述导电层外包裹有空穴传输层，所述钙钛矿吸光层将绝缘层和空穴传输层包覆，且空穴传输层将导电层和钙钛矿吸光层分隔。
可选的，所述钙钛矿吸光层背离前板玻璃一侧设置有将两个相邻第一电池片的第一顶电极和第二电池片的第二顶电极电连接的顶部连通层，所述顶部连通层有多个且互不接触；
所述背板表面设置有将两个相邻第一电池片的第一底电极和第二电池片的第二底电极电连接的底部连通层，所述底部连通层有多个且互不接触。
通过采用上述技术方案，利用顶部连通层实现第一电池片的第一顶电极和第二电池片的第二顶电极电连接，利用底部连通层实现第一底电极和第二底电极的电连接。
可选的，所述顶部连通层包括设置于钙钛矿光伏组件底电极的第一透明导电层；所述第一透明导电层为透明导电胶。
通过采用上述技术方案，即实现了第一顶电极和第二顶电极的电连接，同时具有较强的透光度，提升光伏电池的发电效率。
可选的，所述顶部连通层还包括设置于钙钛矿吸光层远离前板玻璃的一侧的保护层，所述第一透明导电层设置于保护层上。
通过采用上述技术方案，利用保护层保护钙钛矿层吸光层。
可选的，所述底部连通层包括设置于背板的串焊条，所述第一底电极和第二底电极均与串焊条接触。
通过采用上述技术方案，结构简单，导电性能稳定。
另一方面，本申请提供的一种钙钛矿光伏组件生产工艺，采用如下的技术方案：
制作前板结构：
提供钙钛矿光伏组件，于钙钛矿光伏组件底部设置多个相互不接触的顶部连通层；
制作背板结构：
以一个第一电池片和一个第二电池片为一组，利用串焊条将同组的第一底电极和第二底电极焊接串联；
提供一背板，于背板上放置第一层胶膜，将设置有串焊条的第一电池片和第二电池片放置于第一层胶膜上；接着再设置开设有定位孔的第二层胶膜，定位孔的位置与晶硅光伏组件的位置相同，将晶硅光伏组件放置于定位孔内；
前板结构和背板结构压合：
前板结构设置于背板结构上，使第一电池片和第二电池的顶电极与顶部连通层接触。
通过采用上述技术方案，将同一光伏组件中的晶硅电池片分为两种，两者电池片的层叠结构相反，将背接触钙钛矿电池组件沉积于前板玻璃，将晶硅电池片铺设在背板之上，然后在背接触钙钛矿组件和晶硅电池片之间设置透明导电胶膜，在晶硅电池片与背板之间设置封装胶膜，利用真空热层压工艺进行压合，形成叠层光伏组件。对于晶硅电池片而言，当两者电池片均被光照之后一个电流从顶电极流向底电极，而另一个电池片从底电极流向顶电极，此时第一电池片的第一顶电极与相邻一侧的第二电池片的第二顶电极电连接，且第一电池片的第一底电极与相邻另一侧的第二电池的第二底电极电连接，实现两种电池片的串联。
可选的，先在前板玻璃设置TCO膜，在TCO膜上沉积电子传输层；在电子传输层上涂布光刻胶，掩模光刻形成若干沟槽阵列；在布光刻胶和电子传输层表面依次沉积绝缘层和导电层；去除光刻胶，在导电层表面沉积空穴传输层使空穴传输层完全包裹住导电层且与电子传输层完全隔离；在空穴传输层和电子传输层表面依次沉积钙钛矿吸光层和保护层。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.将背接触结构钙钛矿电池引入到叠层电池中，作为晶硅电池的顶部电池可以更加合理地分配光谱响应范围和提高电池的太阳光利用率,进而提高电池效率。更重要的是采用背接触结构的钙钛矿顶部电池可以实现与底部晶硅电池更合理的内部电路互连，大幅降低电流传输损耗。
2.利用底部连通层实现第一底电极和第二底电极的电连接，利用顶部连通层实现第一电池片的第一顶电极和第二电池片的第二顶电极电连接，即实现电池片之间的串联，同时具有较强的透光度，提升光伏电池的发电效率，上述技术方案相比较现有技术中的串焊条需要一焊接顶电极，另一端焊接底电极操作更加简单。
附图说明
图1是本申请实施例1于展示钙钛矿光伏组件的剖面图。
图2是图1的A部放大图。
图3是本申请实施例1用于展示顶部连通层分布的结构示意图。
图4是本申请实施例1用于展示底部连通层分布的结构示意图。
图5是本申请实施例1用于展示钙钛矿电池片层叠结构的结构示意图。
图6是本申请实施例1用于展示前板结构和背板结构组装的结构示意图。
图7是本申请实施例2用于展示前板结构和背板结构组装的结构示意图。
附图标记说明：100、前板结构；110、前板玻璃；120、顶部连通层；121、透明导电层；122、第一金属导电层；130、钙钛矿光伏组件；130、钙钛矿光伏组件；131、TCO膜；132、电子传输层；133、钙钛矿吸光层；134、绝缘层；135、导电层；136、空穴传输层；137、导电件；200、晶硅光伏组件；210、第一电池片；211、第一顶电极；215、第一底电极；220、第二电池片；221、第二顶电极；225、第二底电极；300、背板结构；310、背板；320、底部连通层；322、第二金属导电层；400、第一层胶膜；401、第二层胶膜。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
实施例1：
本申请实施例1公开一种钙钛矿叠层电池结构。参照图1，该钙钛矿叠层电池结构包括钙钛矿光伏组件130、晶硅光伏组件200以及背板310。
参照图2，本实施例中钙钛矿光伏组件130采用背接触式钙钛矿光伏，具体结构依次包括前板玻璃110、TCO膜131、电子传输层132以及钙钛矿吸光层133。以前板玻璃110为基底逐层沉积的TCO膜131和电子传输层132，在本申请实施例中电子传输层132为SnO2材料。
参照图2，钙钛矿光伏组件130还包括多个间隔设置于电子传输层132的绝缘层134，在本实施例中绝缘层134为Al2O3材料制成。绝缘层134背离电子传输层132一侧设置有导电层135，导电层135沿着绝缘层134长度方向延伸，并且导电层135的宽度小于绝缘层134的宽度。在本实施例中导电层135为Ni材料制成。导电层135外包裹有空穴传输层136，空穴传输层136的宽度与绝缘层134宽度相同。本实施例中空穴传输层136材料为NiO。
参照图2，钙钛矿吸光层133将绝缘层134和空穴传输层136包覆，同时钙钛矿吸光层133也与电子传输层132接触。空穴传输层136将导电层135和钙钛矿吸光层133分隔。
参照图1，晶硅光伏组件200包括多个第一电池片210和多个第二电池片220。参照图2，第一电池片210和第二电池片220呈阵列排布，并且沿着“己”顺序依次交替设置。同时第一电池片210和第二电池片220沿着“己”顺序依次串联，即本叠层电池结构中，第一电池片210和第二电池片220依次交替串联。第一电池片210和第二电池片220之间的间隙位于绝缘层134正下方。
参照图1，在钙钛矿吸光层133远离前板玻璃110的表面设置有矩形的顶部连通层120，背板310设置有矩形的底部连通层320，顶部连通层120和底部连通层320将第一电池片210和第二电池片220依次交替串联。
参照图1，第一电池片210的PN结的P区靠近前板玻璃110，而N区远离前板玻璃110。第一电池片210朝向前板玻璃110设置有第一顶电极211，另一面设置有第一底电极215。
参照图1，第二电池片220的PN结与第一电池片210的PN结相反，第二电池片220的PN结的N区靠近前板玻璃110，而P区远离前板玻璃110。第二电池片220朝向前板玻璃110设置有第二顶电极221，另一面设置有第二底电极225。
在本实施例中第一顶电极211、第一底电极215、第二顶电极221和第二底电极225均为采用丝网印上工艺成型于晶硅电池片的金属栅线。
参照图3和图4，第一电池片210的第一顶电极211通过顶部连通层120与相邻的第二电池片220的第二顶电极221电连接，而该第二电池片220的第二底电极225通过底部连通层320与另一个相邻的第一电池片210的第一底电极215电连接。本实施例中，将同一光伏组件中的晶硅光伏组件200分为两种，两种电池片的PN结相反，当两种电池片均被光照之后，一电池片产生的电流从顶电极流向底电极，而另一个电池片产生的电流从底电极流向顶电极，此时第一电池片210的第一顶电极211与相邻一侧的第二电池片220的第二顶电极221电连接，且第一电池片210的第一底电极215与相邻另一侧的第二电池片220的第二底电极225电连接，实现两种电池片的串联。
参照图5，在本实施例中，顶部连通层120包括透明导电层121和保护层122。保护层122为沉积于钙钛矿吸光层133背离前板玻璃110的TCO层。TCO层一方面保护钙钛矿吸光层133免受外部损伤，另一方面起到外部电荷有效传输的作用。利用激光开口将TCO层分割多个相互独立保护层122。透明导电层121为透明导电胶。
参照图5，在本实施例中，底部连通层320包括串焊条322，串焊条322将第一底电极215和第二底电极225焊接并且连通。
本申请实施例1一种钙钛矿叠层电池结构的实施原理为：将同一光伏组件中的晶硅电池片分为两种，两者电池片的层叠结构相反，当两者均被光照之后，一个电池片的电流从顶电极流向底电极，而另一个电池片从底电极流向顶电极。利用顶部连通层120将第一电池片210和第二电池片220的顶电极电连接，且利用底部连通层320将第一电池片210和另一第二电池片220的底电极电连接，如此实现两种电池片的串联，无需将电池片翻转焊接，操作更加简单。
本申请实施例1还公开一种钙钛矿叠层电池生产工艺。该光伏组件生产工艺主要包括以下步骤：
S1、制作前板结构100。
提供一前板玻璃110，以前板玻璃110为基底逐层沉积的TCO层131和电子传输层132。在电子传输层132表面沉积光刻胶，对光刻胶进行光刻使其形成若干沟槽阵列。然后依次沉积Al2O3和Ni，使Al2O3和Ni沉积于光刻胶和电子传输层132整个表面。接着去除光刻胶，以使沉积于光刻胶表面的Al2O3和Ni也去除，仅保留沉积于电子传输层132上的Al2O3和Ni。再然后对Ni进行氧化形成包裹于Ni外的空穴传输层135。最后沉积钙钛矿形成钙钛矿吸光层133。
在钙钛矿吸光层133背离前板玻璃110的一侧设置多个顶部连通层120。顶部连通层120的数量为钙钛矿电池片数量的一半，且顶部连通层120之间留有间隙，互不接触。
参照图6，制作前板结构100的顶部连通层120包括以下步骤：
于钙钛矿吸光层133背离前板玻璃110的一侧沉积TCO层，然后利用激光开口将TCO层分割多个相互独立保护层122，然后在保护层122表面设置透明导电胶以形成透明导电层121。
S2、制作背板310。
以一个第一电池片210和一个第二电池片220为一组，利用串焊条322将同组的第一底电极215和第二底电极225焊接串联。
提供一背板310，于背板310放置第一层胶膜400，然后将设置有串焊条322的第一电池片210和第二电池片220放置于第一层胶膜400上。然后再设置第二层胶膜402，第二层胶膜402开设有定位孔，第二层胶膜402定位孔的位置与晶硅光伏组件200的位置相同，晶硅光伏组件200放置于定位孔内，第二层胶膜402热熔之前可以对晶硅光伏组件200起到定位作用。
制作背板结构300和制作前板结构可以不分先后，也可以同步进行。
S3、前板结构100和背板结构300压合。
然后将前板结构100放置于晶硅光伏组件200上，使顶部连通层120与晶硅光伏组件200顶电极接触且电连接。第二层胶膜401位于第一电池片210和第二电池片220之间，然后再通过真空热层压工艺实现前板结构100和背板结构300压合。
实施例2：
本申请实施例2公开一种钙钛矿叠层电池结构，参照图7，其与实施例1不同之处在于：本申请中钙钛矿光伏组件130依次包括前板玻璃110、TCO膜131、电子传输层132、钙钛矿吸光层133和空穴传输层136。即前板玻璃110为FTO玻璃或ITO玻璃，以前板玻璃110为基底逐层沉积的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及底电极，而前板玻璃110上的TCO膜为钙钛矿光伏组件130的顶电极。
顶部连通层131设置于空穴传输层136，利用顶部连通钙钛矿层120代替作为钙钛矿光伏组件130底电极，在该实施例中透明导电层121为TCO层，具体为利用磁控溅射镀膜工艺沉积于空穴传输层的铟锡氧化物层。然后，在铟锡氧化物层粘贴多个矩形的保护膜，再利用腐蚀气体、腐蚀液体或者激光去除未保护部分的铟锡氧化物，以使多个TCO层呈矩形设置，且相邻的TCO层之间互不接触。然后通过丝网印刷于透明导电层121表面设置金属栅线，以形成第一金属导电层122，以增加顶部连通层120的横向传输电子的能力。
通过两个底部连通层320实现连接的第一电池片210和第二电池220之间设置有导电件137，导电件137一端与空穴传输层136电连接，另一端与底部连通层320连通。导电件137为穿置于胶膜的铜制弹簧。第一电池片210和第二电池220侧壁均沉积有绝缘层。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：依次包括钙钛矿光伏组件（130）、晶硅光伏组件（200）以及背板（310）；其中晶硅光伏组件（200）包括第一电池片（210）和第二电池片（220），所述第一电池片（210）的PN结的P区靠近钙钛矿光伏组件（130），而N区远离钙钛矿光伏组件（130）；所述第二电池片（220）的PN结的N区靠近钙钛矿光伏组件（130），而P区远离钙钛矿光伏组件（130），所述第一电池片（210）和第二电池片（220）沿着电流传输方向呈交替设置；所述第一电池片（210）朝向钙钛矿光伏组件（130）设置有第一顶电极（211），另一面设置有第一底电极（215）；所述第二电池片（220）朝向钙钛矿光伏组件（130）设置有第二顶电极（221）、另一面设置有第二底电极（225）；所述第一电池片（210）的第一顶电极（211）与相邻一侧的第二电池片（220）的第二顶电极（221）电连接，且第一电池片（210）的第一底电极（215）与相邻另一第二电池的第二底电极（225）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：所述钙钛矿光伏组件（130）依次包括前板玻璃（110）、TCO膜（131）、电子传输层（132）以及钙钛矿吸光层（133），所述钙钛矿光伏组件（130）还包括多个间隔设置于TCO膜（131）的绝缘层（134），所述绝缘层（134）设置有导电层（135），所述导电层（135）外包裹有空穴传输层（136），所述钙钛矿吸光层（133）将绝缘层（134）和空穴传输层（136）包覆，且空穴传输层（136）将导电层（135）和钙钛矿吸光层（133）分隔。
3.根据权利要求1述的一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：所述钙钛矿吸光层（133）背离前板玻璃（110）一侧设置有将两个相邻第一电池片（210）的第一顶电极（211）和第二电池片（220）的第二顶电极（221）电连接的顶部连通层（120），所述顶部连通层（120）有多个且互不接触；
所述背板（310）表面设置有将两个相邻第一电池片（210）的第一底电极（215）和第二电池片（220）的第二底电极（225）电连接的底部连通层（320），所述底部连通层（320）有多个且互不接触。
4.根据权利要求3所述的一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：所述顶部连通层（120）包括设置于钙钛矿光伏组件（130）的第一透明导电层（121）；所述第一透明导电层（121）为透明导电胶。
5.根据权利要求4所述的一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：所述顶部连通层（120）还包括设置于钙钛矿吸光层（133）远离前板玻璃（110）的一侧的保护层（122），所述第一透明导电层（121）设置于保护层（122）上。
6.根据权利要求3所述的一种钙钛矿叠层电池结构，其特征在于：所述底部连通层（320）包括设置于背板（310）的串焊条（322），所述第一底电极（215）和第二底电极（225）均与串焊条（322）接触。
7.一种钙钛矿叠层电池生产工艺，其特征在于：主要包括以下步骤：
制作前板结构（100）：
提供钙钛矿光伏组件（130），于钙钛矿光伏组件底部设置多个相互不接触的顶部连通层（120）；
制作背板结构（300）：
以一个第一电池片（210）和一个第二电池片（220）为一组，利用串焊条（322）将同组的第一底电极（215）和第二底电极（225）焊接串联；
提供一背板（310），于背板（310）上放置第一层胶膜（400），将设置有串焊条（322）的第一电池片（210）和第二电池片（220）放置于第一层胶膜（400）上；接着再设置开设有定位孔的第二层胶膜（402），定位孔的位置与晶硅光伏组件（200）的位置相同，将晶硅光伏组件（200）放置于定位孔内；
前板结构（100）和背板结构（300）压合：
前板结构（100）设置于背板结构（300）上，使第一电池片（210）和第二电池（220）的顶电极与顶部连通层（120）接触。
8.根据权利要求8所述的一种钙钛矿叠层电池生产工艺，其特征在于：先在前板玻璃（110）设置TCO膜（131），在TCO膜（131）上沉积电子传输层（132）；在电子传输层（132）上涂布光刻胶，掩模光刻形成若干沟槽阵列；在布光刻胶和电子传输层（132）表面依次沉积绝缘层（134）和导电层（135）；去除光刻胶，在导电层（135）表面沉积空穴传输层（136）使空穴传输层（136）完全包裹住导电层（135）且与电子传输层（132）完全隔离；在空穴传输层（136）和电子传输层（132）表面依次沉积钙钛矿吸光层（133）和保护层（122）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310404404.6A CN116471857A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310404404.6A CN116471857A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116471857A true CN116471857A (zh) | 2023-07-21 |
Family
ID=87173024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310404404.6A Pending CN116471857A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种钙钛矿叠层电池结构及其生产工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116471857A (zh) |
-
2023
- 2023-04-11 CN CN202310404404.6A patent/CN116471857A/zh active Pending
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Legal Events
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