CN117133822A - 一种太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池，涉及光伏技术领域，用于拓宽太阳能电池的吸收光谱，提高太阳能电池的效率。所述太阳能电池包括：自下而上层叠设置的第一电极、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和第二电极；其中，所述第一电极为透明电极；所述太阳能电池还包括至少一个导电反射结构，所述导电反射结构的第一侧与所述第二电极电接触，所述导电反射结构包含波长转换材料，且所述导电反射结构具有相对于所述太阳能电池延展平面倾斜的反射面。

Description

一种太阳能电池
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。
背景技术
在将太阳能转化为电能的过程中，太阳能电池通常只能吸收能量位于其带隙范围内的光，而低于其带隙的近红外光或红外光，将透过电池转化为热能。
目前，可以在太阳能电池的光吸收层后面设置上转换层，将吸收层无法利用的光谱能量，通过上转换机制转变为光吸收层能够吸收的光子并反射至光吸收层中，被光吸收层再次吸收，提高钙钛矿电池的转化效率。
但现有技术中对于上转换层的直接引入会引起太阳能电池对应膜层结构的不稳定和性能的下降，并不能充分发挥上转换材料提高钙钛矿电池转化效率的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池，用于拓宽太阳能电池的吸收光谱，提高太阳能电池的转化效率。
第一方面，本发明提供一种太阳能电池。太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和第二电极。其中，第一电极为透明电极。太阳能电池还包括至少一个导电反射结构。导电反射结构的第一侧与第二电极电接触。导电反射结构的第二侧与第二载流子传输层电接触。导电反射结构包含波长转换材料，且导电反射结构具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的反射面。
采用上述技术方案的情况下，本发明提供的太阳能电池包括自下而上层叠设置的第一电极、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和第二电极，其中的第一电极为透明电极，将第一电极所在的水平面设为光的入射面，太阳光从第一电极入射至太阳能电池中，符合太阳能电池带隙范围的太阳光被光吸收层吸收，保证了太阳能电池对光的正常吸收。太阳能电池还包括至少一个包含波长转换材料的导电反射结构，该导电反射结构具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的反射面。基于此，在入射的太阳光中，符合太阳能电池带隙范围的光会直接被光吸收层吸收利用，而无法被太阳能电池吸收的不可见光，则会透过光吸收层被导电反射结构中包含的波长转换材料转换为可以被太阳能电池吸收利用的可见光，转换后的可见光在射向导电反射结构所具有的相对太阳能电池延展平面倾斜的反射面，由于光吸收层与太阳能电池延展平面相平行，故射向导电反射结构的转换后的可见光会以一定的角度反射回光吸收层，之后被光吸收层吸收利用。基于此，本发明可以拓宽太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量利用效率。且反射时的可见光与光吸收层之间具有一定的角度，与直接反射相比，可见光的光程变长，在光吸收层中停留的时间也变长，提高了太阳能电池的吸收效率。此外，导电反射结构的第一侧与第二电极电接触，第二侧与第二载流子传输层电接触，将第二电极与第二载流子传输层电连接，使得在加入导电反射结构后还可以保证太阳能电池的正常导电性能。
在一种可能的实现方式中，导电反射结构包括导电部以及设置在第二电极和第二载流子传输层之间的波长转换材料，波长转换材料形成波长转换层。导电部贯穿波长转换层。导电部具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁。
采用上述技术方案的情况下，导电反射结构包括的波长转换材料以波长转换层的形式设置在第二电极和第二载流子传输层之间，导电部贯穿整个波长转换层，使得导电部的第一侧可以与第二电极电接触，第二侧可以与第二载流子传输层电接触，实现了第二电极与第二载流子传输层之间的电连接。导电部具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁，基于此，导电部的侧壁的延伸面并不与太阳能电池的延展平面垂直相交，而是呈一定角度的斜向相交，使得从光吸收层透过来的不可见光在被波长转换层转换为太阳能电池可以吸收利用的可见光并发生散射，散射到导电部侧壁上的转换后的可见光可以以一定的角度反射至光吸收层上；基于此拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率；且透过光吸收层的不可见光和转换后的可见光在射向导电部的侧壁后均可以以一定的角度斜向反射到波长转换层和光吸收层中，与垂直入射相比光程更长，由于光速一定，透过光吸收层的不可见光和转换后的可见光在波长转换层和光吸收层中停留的时间更长，更有利于波长转换层对透过光吸收层的不可见光和光吸收层对转换后的可见光的吸收，进一步提高了太阳能电池的效率。此外，导电部可以将第二载流子传输层和第二电极电连接，使得第二载流子无需通过波长转换材料传输，避免了因波长转换材料导电性能差导致的太阳能电池效率降低的问题，提高了太阳能电池的整体效率，同时，由于不需要通过波长转换材料传输载流子，使得在选择波长转换材料时不需要考虑导电性的问题，只需关注转换性能即可，拓宽了波长转换材料的选择。
在一些示例中，波长转换层的厚度范围为20nm～300nm。
在一种可能的实现方式中，导电反射结构包括分布于第二载流子传输层内部的波长转换材料以及导电部。波长转换材料形成至少一个分立式波长转换结构，且导电部与第二电极相连接。导电部具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁，用于将进入第二载流子传输层内的光波反射至分立式波长转换结构。
采用上述技术方案的情况下，导电反射结构包括的波长转换材料和导电部均设置在第二载流子传输层中。其中，波长转换材料在第二载流子传输层中以至少一个分立式波长转换结构的形式存在，在将透过光吸收层的不可见光转换为太阳能电池能够吸收利用的可见光的同时，减少了波长转换材料的用量；导电部与第二电极相连接，以将第二电极与第二载流子传输层电连接，使得载流子在第二载流子传输层和第二电极之间可以不通过波长转换材料而是直接通过导电部进行传输，解决了因波长转换材料导电性能差导致的太阳能电池效率降低的问题；导电部所具有的相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁，可以将进入第二载流子传输层内的光波以一定的角度反射至分立式波长转换结构，之后，分立式波长转换结构将不可见光转换为太阳能电池可吸收的可见光并发射至光吸收层，提高了太阳能电池的效率。
在一种可能的实现方式中，分立式波长转换结构包括柱状上转换结构、离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构中的至少一种。
采用上述技术方案的情况下，分立式波长转换结构的具体形态可以为柱状上转换结构、离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构中的至少一种，基于此，从各个方向入射的不可见光都有可能进入分立式波长转换结构中，进而被转换为太阳能电池可以吸收利用的可见光。分立式波长转换结构的具体形态可以根据不同需进行选择，在保证从各个方向入射的不可见光尽可能多地被转换的同时，减少了波长转换材料的用量。
在一种可能的实现方式中，导电部的侧壁所在的面为平面，且平面与导电部的一侧表面之间具有夹角α。30°≤α≤75°。
采用上述技术方案的情况下，当导电部的侧壁所在的面为平面时，由于导电部的侧壁相对于所述太阳能电池延展平面倾斜，所以导电部的侧壁所在的平面与导电部的一侧表面之间具有夹角α，透过光吸收层的不可见光或转换后的可见光在入射到导电部上时，会以一定的角度反射进入波长转换材料中和光吸收层中，在拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率的同时，增加了光程长度，使得光波在光吸收层或波长转换材料中停留的时间也变长，更有利于光吸收层对可见光的吸收利用和光的转换，进一步提高了太阳能电池的效率。当夹角α的范围为30°≤α≤75°时，经过导电部的侧壁反射的光波具有较长的光波。优选的夹角α为45°，此时反射后的光波的光程最长，光波在光吸收层或波长转换材料中停留的时间也最长，有利于光波的吸收和转换。
在一种可能的实现方式中，导电部的侧壁所在的面为内凹的曲面。
采用上述技术方案的情况下，当导电部的侧壁所在的面为内凹的曲面时，由于曲面内凹的结构，侧壁所在的面具有良好的聚光效果，透过光吸收层的可见光在射向导电部侧壁时，被所在面为曲面的侧壁聚光反射至波长转换材料处，使得被导电部侧壁反射的不可见光被波长转换材料转换为可见光，并被太阳能电池吸收利用，拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率。曲面应当视为或包含多个细小的平整面接续形成的大致曲面，以及一般的光滑曲面。当导电部的侧壁所在的内凹曲面具有焦点时，可以将波长转换材料设在曲面的焦点处，减少其他地方的波长转换材料的用量，进而降低了太阳能电池的成本。基于此，导电部的聚光效果更佳，且对波长转换材料的用量减少更多，进一步降低了太阳能电池的成本。
在一种可能的实现方式中，波长转换材料为上转换材料。
采用上述技术方案的情况下，上转换材料可以受到低能量的光激发，发出高能量的光，使得波长转换材料可以将入射的不可见的红外光和近红外光部分，转换为可见光，再通过导电部的反射面反射回光吸收层中，提高太阳能电池的能量转换效率。
在一种可能的实现方式中，波长转换材料的吸收光波波段为750nm～1mm。
采用上述技术方案的情况下，波长转换材料可以将入射进太阳能电池的光波中波长为750nm～1mm的光波波段，转换为太阳能电池的光吸收层可以吸收利用的可见光。
除此之外，在一种可能的实现方式中，波长转换材料为下转换材料，或包含上转换材料和下转换材料的波长转换材料。
在采用上述技术方案的情况下，下转换材料可以将来自紫外光、x射线和高能量粒子中的一者的能量转换为可见光，再通过导电部的反射面反射回光吸收层中，提高太阳能电池的能量转换效率。
在一种可能的实现方式中，形成波长转换材料的材料包括掺杂有激活剂和敏化剂的基质。基质包括氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。
采用上述技术方案的情况下，利用掺杂有激活剂和敏化剂的基质，可以实现将两个或多个低能光子转换成一个高能光子的上转换发光现象，具体为，掺杂有激活剂和敏化剂的基质材料受到波长长、频率低的光激发，发射出波长短、频率高的光。基质可以为氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。
在一种可能的实现方式中，氟化物包括NaYF4、NaGaF4、CaF2、NaSrF4、BaY2F4、LiYF4、ScYF4、NaLnF4、SrF2、BaF2、MnF2、Na(CF3COO)3F4、LaF3、NaLuF4和Cs2GeF6中的一种。氧化物包括Y2O3、ZrO2、TiO2、Gd2O3、In2O3、SrY2O4、TeO2、Al2O3、ZnO2、Lu2O3、Er2O3、Eu2O3、CeO2和La2O3中的一种。复合氧化物包括LiNbO3、Ln2BaZnO2、ALn(MoO4)2、GdVO4、YVo4、CaZrO3、CaSc2O4、KLu(WO4)2、NaY(WO4)2、CaCs2O4、CaMoO4、BaTiO3、Y2Ti2O7、Y2Si2O7、Y2SiO5、Gd3Ga5O12、Y3Al5O12和Y2CaGe4O12中的一种。激活剂包括Er3+、Ho3+、Tm3+、Gd3+、Pr3+、Sm3+、Ti2+、Cr3+、Ni2+、Mo3+、Re4+和Os4+中的至少一种。敏化剂包括Yb3+和Nd3+中的至少一种。
采用上述技术方案的情况下，通过不同的激活剂、敏化剂与不同的基质相组合，可以实现将入射进太阳能电池的红外光和近红外光转换为具有特定波长的入射光，从而使得光吸收层能吸收带隙范围之外的光，拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率。
在一种可能的实现方式中，第二电极为金属电极或透明电极。
采用上述技术方案的情况下，第二电极一般选用金属材料的电极，金属材料一般界面较为光洁，可以形成镜面，当透过光吸收层的不可见光未在导电部处被反射时，可以在第二电极界面处被反射，部分不可见光在反射路线中被波长转换材料转换为可见光，沿反射路线进入光吸收层，提高了太阳能电池的能量转换效率。第二电极也可以为透明电极，便于射向太阳能电池背面的光线透入，有利于提高太阳能电池的效率。
在一种可能的实现方式中，形成导电部的材料为导电且光泽度高的金属或合金。
采用上述技术方案的情况下，形成导电部的材料可以选用导电且光泽度高的金属或合金，导电部采用金属或合金可以保证载流子在导电部中的正常传输，导电部采用光泽度高的金属或合金可以保证导电部侧壁的光洁，以使侧壁形成镜面，进而使得入透过光吸收层射入的不可见光能尽可能多地反射至波长转换材料中，再通过波长转换材料转换为可见光，沿反射路线进入光吸收层。
在一些示例中，形成导电部的材料为银、铝、铜或金中的一种或多种，或者导电部的材料为包含银、铝、铜或金中的任意一种的合金。
采用上述技术方案的情况下，银、铝、铜或金的导电性能都较好，可以提高载流子在导电部中的传输速率；其中，铝的价格较低，使用铝作为形成导电部的材料可以降低太阳能电池的成本。
在一种可能的实现方式中，形成导电部的材料与形成第二电极的材料相同。或，形成导电部的材料与形成第二电极的材料不同。
采用上述技术方案的情况下，形成导电部的材料与形成第二电极的材料可以相同也可以不同。在制作太阳能电池的过程中，当形成导电部的材料与形成第二电极的材料不同时，二者分开形成；当形成导电部的材料与形成第二电极的材料相同时，二者可以在同一制备工序中形成，提高了制作过程中的效率。此外，由于导电部第一侧表面的面积大于第二侧表面的面积，与两侧表面面积相同的导电部相比，本发明提供的导电部在制备时更容易直接成形，不需要返工，进而使形成的导电部具有较好的质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1(a)和图1(b)为本发明实施例提供的太阳能电池的第一种结构；
图2为本发明实施例提供的太阳能电池的第二种结构；
图3为本发明实施例提供的太阳能电池的第三种结构；
图4为本发明实施例提供的太阳能电池的第一种结构中导电反射结构的示意图；
图5为本发明实施例提供的太阳能电池的第二种结构中导电反射结构的竖直截面示意图；
图6为本发明实施例提供的太阳能电池的第二种结构中导电反射结构的水平截面示意图；
图7为本发明实施例提供的太阳能电池的第三种结构中导电反射结构的竖直截面示意图；
图8为本发明实施例提供的太阳能电池的第三种结构中导电反射结构的水平截面示意图。
附图标记：
10-第一电极， 11-第一载流子传输层，
12-光吸收层， 13-第二载流子传输层，
14-第二电极， 15-导电反射结构，
150-波长转换层， 151-导电部，
152-柱状上转换结构， 1510-侧壁。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。其中，钙钛矿太阳能电池仅经过十余年的发展，已从最初的3.8％转换效率提升到了25.5％，成为最具应用前景的新型太阳能电池。
在将太阳能转化为电能的过程中，太阳能电池通常只能吸收能量位于其带隙范围内的光，而低于其带隙的近红外光或红外光，将透过电池转化为热能。例如，现有的钙钛矿电池的吸收层材料带隙通常在1.4eV～1.5eV之间，能量低于其带隙的不能被光吸收层吸收，将透过电池或在吸收层中转化为热能。如果在吸收层后面设置波长转换层，将吸收层不能利用的光谱能量，通过上转换或下转换机制转变为吸收层能够吸收的光子并反射至吸收层中，被吸收层再次吸收，可提高太阳能电池的转化效率，尤其是在钙钛矿电池中，还可以降低长波光谱对吸收层的热效应，避免钙钛矿组分受热分解，提升钙钛矿电池稳定性。但在现有技术中，一方面，将上转换材料或下转换材料直接引入太阳能电池的膜层当中，会引起对应膜层结构的不稳定和性能的下降，并不能充分发挥波长转换材料提高太阳能电池效率的优势；另一方面，波长转换层一般设计成整层结构，由于形成波长转换层的材料的导电性能较差，因此无法有效地将载流子传输层中的载流子传导至电极。
基于此，如图1～图3所示，本发明实施例提供了一种太阳能电池。太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极10、第一载流子传输层11、光吸收层12、第二载流子传输层13和第二电极14。其中，第一电极10为透明电极。太阳能电池还包括至少一个导电反射结构15。导电反射结构15的第一侧与第二电极14电接触。导电反射结构15的第二侧与第二载流子传输层13电接触。导电反射结构15包含波长转换材料，且导电反射结构15具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的反射面。
采用上述技术方案的情况下，如图1～图3所示，本发明提供的太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极10、第一载流子传输层11、光吸收层12、第二载流子传输层13和第二电极14，其中的第一电极10为透明电极。第一电极10所在的水平面设为光的入射面，太阳光从第一电极10入射至太阳能电池中，符合太阳能电池带隙范围的太阳光被光吸收层12吸收可利用的可见光，保证了太阳能电池对光的正常吸收。太阳能电池还包括至少一个包含波长转换材料的导电反射结构15，该导电反射结构15具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的反射面。基于此，在入射的太阳光中，符合太阳能电池带隙范围的光会直接被光吸收层12吸收利用，而无法被太阳能电池吸收的不可见光，则会透过光吸收层12被导电反射结构15中包含的波长转换材料转换为可以被太阳能电池吸收利用的可见光，转换后的可见光在射向导电反射结构15所具有的相对太阳能电池延展平面倾斜的反射面，由于光吸收层12与太阳能电池延展平面相平行，故射向导电反射结构15的转换后的可见光会以一定的角度反射回光吸收层12，之后被光吸收层12吸收利用基于此，本发明实施例可以拓宽太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量利用效率。且反射时的可见光与光吸收层12之间具有一定的角度，与直接反射相比，可见光的光程变长，在光吸收层12中停留的时间也变长，提高了太阳能电池的吸收效率。此外，导电反射结构15的第一侧与第二电极14电接触，第二侧与第二载流子传输层13电接触，将第二电极14与第二载流子传输层13电连接，使得在加入导电反射结构15后还可以保证太阳能电池的正常导电性能。
作为一种可能的实现方式，如图1和图4所示，导电反射结构15包括导电部151以及设置在第二电极14和第二载流子传输层13之间的波长转换材料，波长转换材料形成波长转换层150。导电部151贯穿波长转换层150。导电部151具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁1510。图4中带箭头的折线为光路示意线。
基于此，如图1和图4所示，导电反射结构15包括的波长转换材料以波长转换层150的形式设置在第二电极14和第二载流子传输层13之间，导电部151贯穿整个波长转换层150，使得导电部151的第一侧可以与第二电极14电接触，第二侧可以与第二载流子传输层13电接触，实现了第二电极14与第二载流子传输层13之间的电连接。导电部151具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁，基于此，导电部151的侧壁1510的延伸面并不与太阳能电池的延展平面垂直相交，而是呈一定角度的斜向相交，使得从光吸收层12透过来的不可见光在被波长转换层150转换为太阳能电池可以吸收利用的可见光并发生散射，散射到导电部151侧壁1510上的转换后的可见光可以以一定的角度反射至光吸收层12上；基于此拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率；且透过光吸收层12的不可见光和转换后的可见光在射向导电部151的侧壁1510后均可以以一定的角度斜向反射到波长转换层150和光吸收层12中，与垂直入射相比光程更长，由于光速一定，透过光吸收层12的不可见光和转换后的可见光通过波长转换层150和光吸收层12中的时间更长，更有利于波长转换层150对透过光吸收层12的不可见光和光吸收层12对转换后的可见光的吸收，进一步提高了太阳能电池的效率。此外，导电部151可以直接将第二载流子传输层13和第二电极14电连接，使得第二载流子无需通过波长转换材料传输，避免了因波长转换材料导电性能差导致的太阳能电池效率降低的问题，提高了太阳能电池的整体效率，同时，由于不需要通过波长转换材料传输载流子，使得在选择波长转换材料时不需要考虑导电性的问题，只需关注转换性能即可，拓宽了波长转换材料的选择。
指的注意的是，图1至图4中的导电部151具有让入射的光经过多次折射，从而增加光程的功能，因此，导电部151可以是图1(a)中的倒梯形，导电部151可以是图1(b)中的正梯形。图2-图4中未示出导电部151为正梯形的太阳能电池的结构，但应理解，图2-图4中未示出导电部151也可以为正梯形。
在一些示例中，如图1和图4所示，在波长转换层150中的导电部151可以设置一个，也可以间隔设置多个，使得透过光吸收层12的不可见光可以被充分利用。相邻的导电部151之间的间距可以在100μm～1000μm之间，例如可以为100μm、500μm、1000μm等。
在一些示例中，如图1和图4所示，波长转换层150的厚度范围为20nm～300nm。过厚的波长转换层150会使得太阳能电池本身的厚度过大，不利于光线的传播且会增加载流子传输的时间；波长转换层150过薄则波长转换材料较少，使得不可见光无法被充分转换为可见光，降低了太阳能电池的效率。例如，波长转换层150的厚度可以为20nm、100nm、200nm或300nm。
作为一种可能的实现方式，如图2～图3及图5～图8所示，导电反射结构15包括分布于第二载流子传输层13内部的波长转换材料以及导电部151。波长转换材料形成至少一个分立式波长转换结构，且导电部151与第二电极14相连接。导电部151具有相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁1510，用于将进入第二载流子传输层13内的光波反射至分立式波长转换结构。图5～图8中带箭头的折线为光路示意线。
基于此，导电反射结构15包括的波长转换材料和导电部151均设置在第二载流子传输层13中。其中，波长转换材料在第二载流子传输层13中以至少一个分立式波长转换结构的形式存在，在将透过光吸收层12的不可见光转换为太阳能电池能够吸收利用的可见光的同时，减少了波长转换材料的用量；导电部151与第二电极14相连接，以将第二电极14与第二载流子传输层13电连接，使得载流子在第二载流子传输层13和第二电极14之间可以不通过波长转换材料而是直接通过导电部151进行传输，解决了因波长转换材料导电性能差导致的太阳能电池效率降低的问题；导电部151所具有的相对于太阳能电池延展平面倾斜的侧壁1510，可以将进入第二载流子传输层13内的光波以一定的角度反射至分立式波长转换结构，之后，分立式波长转换结构将不可见光转换为太阳能电池可吸收的可见光并发射至光吸收层12，提高了太阳能电池的效率。
在一些示例中，如图2、图5和图6所示，分立式波长转换结构包括柱状上转换结构152、离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构中的至少一种。
基于此，如图2、图5和图6所示，分立式波长转换结构的具体形态可以为柱状上转换结构152、离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构中的至少一种，基于此，从各个方向入射的不可见光都有可能进入分立式波长转换结构中，进而被转换为太阳能电池可以吸收利用的可见光。分立式波长转换结构的具体形态可以根据不同需进行选择，在保证从各个方向入射的不可见光尽可能多地被转换的同时，减少了波长转换材料的用量。
作为一种可能的实现方式，如图1和图4所示，导电部151的侧壁1510所在的面为平面，且平面与导电部1510的一侧表面之间具有夹角α。30°≤α≤75°。
基于此，如图1和图4所示，当导电部151的侧壁1510所在的面为平面时，由于导电部151的侧壁1510相对于所述太阳能电池延展平面倾斜，所以导电部151的侧壁1510所在的平面与导电部151的一侧表面之间具有夹角α，透过光吸收层12的不可见光或转换后的可见光在入射到导电部151上时，会以一定的角度反射进入波长转换材料中和光吸收层12中，在拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率的同时，增加了光程长度，使得光波在光吸收层12或波长转换材料中停留的时间也变长，更有利于光吸收层12对可见光的吸收利用和光的转换，进一步提高了太阳能电池的效率。当夹角α的范围为30°≤α≤75°时，经过导电部151的侧壁1510反射的光波具有较长的光波。优选的夹角α为45°，此时反射后的光波的光程最长，光波在光吸收层12或波长转换材料中停留的时间也最长，有利于光波的吸收和转换。
在一些示例中，如图1和图4所示，导电部151的侧壁1510与导电部151的第一侧表面之间具有夹角α还可以为30°、40°、50°、75°等等。
作为一种可能的实现方式，如图2～图3及图5～图8所示，导电部的侧壁所在的面为内凹的曲面。
基于此，如图2～图3及图5～图8所示，当导电部151的侧壁1510所在的面为内凹的曲面时，由于曲面内凹的结构，侧壁1510所在的面具有良好的聚光效果，透过光吸收层12的不可见光在射向导电部151的侧壁1510时，被所在面为曲面的侧壁1510聚光反射至波长转换材料处，使得被导电部151的侧壁1510反射的不可见光被波长转换材料转换为可见光，并被太阳能电池吸收利用，拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率。曲面应当视为或包含多个细小的平整面接续形成的大致曲面，以及一般的光滑曲面。当导电部151的侧壁1510所在的内凹曲面具有焦点时，可以将波长转换材料设在曲面的焦点处，减少其他地方的波长转换材料的用量，进而降低了太阳能电池的成本。基于此，导电部151的聚光效果更佳，且对波长转换材料的用量减少更多，进一步降低了太阳能电池的成本。
在一些示例中，如图2～图3及图5～图8所示，每个导电部151具有所在面为内凹曲面的侧壁1510，每个侧壁1510的焦点处均可以设置分立式波长转换结构，以使透过光吸收层12中的不可见光能尽可能多地被反射利用。图2～图3及图5～图8中分立式波长转换结构的排列及数量仅作为示例，并不限定分立式波长转换结构的具体数量及排列方式。导电部151的数量可以为一个，也可以间隔设置多个，使得透过光吸收层12的不可见光可以被充分利用。相邻导电部151之间的间距可以在100μm～1000μm之间，例如可以为100μm、500μm、1000μm等。
例如，如图2、图5和图6所示，当波长转换材料设置于第二载流子传输层13内部，形成的分立式波长转换结构为柱状上转换结构152，侧壁1510所在的面为一般的光滑曲面，且相邻侧壁1510之间的棱边为直边时，所在面为曲面的侧壁1510在沿厚度方向分布的多个水平截面处的焦点，会汇聚成一条平行于厚度方向的线，柱状上转换结构152设置于该线的位置处，且贯穿第二载流子传输层13；基于此，导电部151的聚光效果较好，且波长转换材料形成了柱状上转换结构152，减少了波长转换材料的用量，降低了太阳能电池的成本。
再例如，如图3、图7和图8所示，当波长转换材料设置于第二载流子传输层13内部，形成的分立式波长转换结构为柱状上转换结构152，侧壁1510所在的面为一般的光滑曲面，且相邻侧壁1510之间的棱边为弧边时，每个所在面为曲面的侧壁1510只具有一个焦点，即所有入射到同一侧壁1510上的光线都将汇聚到同一焦点上，此时的柱状上转换结构152仅需在焦点处设置，不需要与第二电极14相接触，例如可以为图3、图7和图8所示的立方体形柱状上转换结构152或球形柱状上转换结构152等，此处不做具体限定；基于此，导电部151的聚光效果更佳，且对波长转换材料的用量减少更多，进一步降低了太阳能电池的成本。
示例性的，如图2～图3及图5～图8所示，本发明实施例对柱状上转换结构152的形状及尺寸不做限定，只需要在能够覆盖相应侧壁1510的所有焦点及波长转换材料的用量足以使得被侧壁1510反射的不可见光能被充分转换为可见光的同时，尽可能降低波长转换材料的用量即可。
示例性的，还可以选用离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构等作为设置在第二载流子传输层中的波长转换材料的存在形态，此处仅以柱状上转换结构152作为举例，并不作限定。
作为一种可能的实现方式，波长转换材料为上转换材料。上转换材料可以受到低能量的光激发，发出高能量的光，使得波长转换材料可以将入射的不可见的红外光和近红外光部分，转换为可见光，再通过导电部的反射面反射回光吸收层中，提高太阳能电池的能量转换效率。
作为一种可能的实现方式，波长转换材料的吸收光波波段为750nm～1mm。基于此，波长转换材料可以将入射进太阳能电池的光波中波长为750nm～1mm的光波波段，转换为太阳能电池的光吸收层可以吸收利用的可见光。
作为另一种可能的实现方式，波长转换材料为下转换材料，或包含上转换材料和下转换材料的波长转换材料。
当波长转换材料为下转换材料时，波长转换材料可以将来自紫外光、x射线和高能量粒子中的一者的能量转换为可见光，再通过导电部的反射面反射回光吸收层中，提高太阳能电池的能量转换效率。
其中，下转换材料可以包括量子点、半导体材料、半导体材料的合金、闪烁材料和磷光体材料、展现出X射线激发发光(XEOL)的材料、有机固体、金属配合物、无机固体、晶体、稀土材料(镧系元素)、聚合物、闪烁体、磷光体材料等、以及展现出激子性质的材料中的一种或多种组合。
基于此，在实际的应用中，根据电池片中可能的透射的不可见光的波段，例如针对厚度较薄的电池，其电池中存在紫外光透射至波长转换材料的情形，则根据本申请的发明构思可以将波长转换材料采用下转换材料，或将前述中的上转换结构或上转换材料替换为下转换结构或材料。另外针对紫外光或红外光均可透射至电池片的波长转换材料的情形，本发明中的波长转换材料或波长转换层或者单一的上转换结构还可以采用复合上转换材料和下转换材料的情形，或者采用复合上转换结构和下转换结构的情形。
作为一种可能的实现方式，形成波长转换材料的材料包括掺杂有激活剂和敏化剂的基质。基质包括氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。
基于此，利用掺杂有激活剂和敏化剂的基质，可以实现将两个或多个低能光子转换成一个高能光子的上转换发光现象，具体为，掺杂有激活剂和敏化剂的基质材料受到波长长、频率低的光激发，发射出波长短、频率高的光。基质可以为氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。
在一些示例中，氟化物包括NaYF4、NaGaF4、CaF2、NaSrF4、BaY2F4、LiYF4、ScYF4、NaLnF4、SrF2、BaF2、MnF2、Na(CF3COO)3F4、LaF3、NaLuF4和Cs2GeF6中的一种。氧化物包括Y2O3、ZrO2、TiO2、Gd2O3、In2O3、SrY2O4、TeO2、Al2O3、ZnO2、Lu2O3、Er2O3、Eu2O3、CeO2和La2O3中的一种。复合氧化物包括LiNbO3、Ln2BaZnO2、ALn(MoO4)2、GdVO4、YVo4、CaZrO3、CaSc2O4、KLu(WO4)2、NaY(WO4)2、CaCs2O4、CaMoO4、BaTiO3、Y2Ti2O7、Y2Si2O7、Y2SiO5、Gd3Ga5O12、Y3Al5O12和Y2CaGe4O12中的一种。激活剂包括Er3+、Ho3+、Tm3+、Gd3+、Pr3+、Sm3+、Ti2+、Cr3+、Ni2+、Mo3+、Re4+和Os4+中的至少一种。敏化剂包括Yb3+和Nd3+中的至少一种。
基于此，通过不同的激活剂、敏化剂与不同的基质相组合，可以实现将入射进太阳能电池的红外光和近红外光转换为具有特定波长的入射光，从而使得光吸收层12能吸收带隙范围之外的光，拓宽了太阳能电池的吸收光谱，提高了太阳能电池的能量转换效率。
在材料选择方面，作为一种可能的实现方式，第二电极为金属电极或透明电极。基于此，第二电极一般选用金属材料的电极，金属材料一般界面较为光洁，可以形成镜面，当透过光吸收层的不可见光未在导电部处被反射时，可以在第二电极界面处被反射，部分不可见光在反射路线中被波长转换材料转换为可见光，沿反射路线进入光吸收层，提高了太阳能电池的能量转换效率。第二电极也可以为透明电极，便于射向太阳能电池背面的光线透入，有利于提高太阳能电池的效率。
在太阳能电池选择方面，一般选择具有透光性的太阳能电池，常见的有，各类薄膜太阳能电池材料，例如钙钛矿电池，碲化镉电池，铜铟镓硒电池和有机太阳能电池等。另外，当晶体硅电池的厚度降低至可以形成超薄晶体硅电池时(例如厚度＜50um时)，也具有透光性，也同样可作为本发明使用的太阳能电池。
在太阳能电池中的各个层的尺寸选择方面，当第一载流子传输层为电子传输层，第二载流子传输层为空穴传输层时，第一载流子传输层的厚度范围为50nm～200nm，例如可以为50nm、100nm、200nm等，第二载流子传输层的厚度范围为100nm～300nm，例如可以为100nm、200nm、300nm等，第一载流子也可以为空穴，第二载流子也可以为电子，此时厚度范围交换即可。当第二电极为金属电极时，第二电极的厚度范围为50nm～200nm，例如可以为50nm、100nm、200nm等。当太阳能电池为钙钛矿太阳能电池时，光吸收层即为钙钛矿光吸收层，此时的光吸收层的厚度范围为800nm～1200nm，例如可以为800nm、1000nm、1200nm等。
作为一种可能的实现方式，形成导电部的材料为导电且光泽度高的金属或合金。导电部采用金属或合金可以保证载流子在导电部中的正常传输，导电部采用光泽度高的金属或合金可以保证导电部侧壁的光洁，以使侧壁形成镜面，进而使得入透过光吸收层射入的不可见光能尽可能多地反射至波长转换材料中，再通过波长转换材料转换为可见光，沿反射路线进入光吸收层。
在一些示例中，形成导电部的材料为银、铝、铜或金中的一种或多种，或者导电部的材料为包含银、铝、铜或金中的任意一种的合金。银、铝、铜或金的导电性能都较好，可以提高载流子在导电部中的传输速率；其中，铝的价格较低，使用铝作为形成导电部的材料可以降低太阳能电池的成本。形成导电部的材料还可以为其他金属，或者选择包含银、铝、铜或金中的任意一种的合金，只需满足较好的导电性及光泽度即可，例如可以为铝合金、铜合金等。
在制作太阳能电池的过程中，除导电反射结构以外的部分使用一般制作太阳能电池的方法制作即可，本发明实施例中不进行特殊限制。关于波长转换材料，在制作波长转换层时，考虑到和下层材料的适配性、溶剂相容以及该层透光性的问题，可以采用磁控溅射制备，磁控溅射容易得到质量较好的波长转换层，有利于提高太阳能电池整体的效率。此外，波长转换层也可以使用溶剂法来制备，此时可以只考虑波长转换层与下层的第二载流子传输层、光吸收层和第一载流子传输层之间的溶剂相容性即可。下面以具体材料举例说明溶液法如何制备波长转换层：例如，可以使用异丙醇作为溶剂，将NaYF4均匀弥散于异丙醇中，旋涂于第二载流子传输层之上即可。关于柱状上转换结构和导电部，可以采用在波长转换层或第二载流子传输层中打孔的方式制备，也可以提前制备留出相应孔位置的模具，然后在模具上制备波长转换层或第二载流子传输层，打孔时一般采用激光刻蚀的方法；孔形成后，制备柱状上转换结构的方法可以采用前述制备波长转换层的方法，制备导电部的方法可以为通用的沉积方法，例如溅射沉积、热蒸镀等方法。
其中，形成导电部的材料与形成第二电极的材料相同。或，形成导电部的材料与形成第二电极的材料不同。即形成导电部的材料与形成第二电极的材料可以相同也可以不同。在制作太阳能电池的过程中，当形成导电部的材料与形成第二电极的材料不同时，二者分开形成，先形成导电部，再形成第二电极；当形成导电部的材料与形成第二电极的材料相同时，二者可以在同一制备工序中形成，可以提高制作过程中的效率。此外，由于导电部第一侧表面的面积大于第二侧表面的面积，与两侧表面面积相同的导电部相比，本发明提供的导电部在制备时更容易直接成形，不需要返工，进而使形成的导电部具有较好的质量。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和第二电极；
其中，所述第一电极为透明电极；所述太阳能电池还包括至少一个导电反射结构，所述导电反射结构的第一侧与所述第二电极电接触，所述导电反射结构的第二侧与所述第二载流子传输层电接触，所述导电反射结构包含波长转换材料，且所述导电反射结构具有相对于所述太阳能电池延展平面倾斜的反射面。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电反射结构包括导电部以及设置在所述第二电极和所述第二载流子传输层之间的波长转换材料，所述波长转换材料形成波长转换层，所述导电部贯穿所述波长转换层；所述导电部具有相对于所述太阳能电池延展平面倾斜的侧壁。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述波长转换层的厚度范围为20nm～300nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电反射结构包括分布于所述第二载流子传输层内部的所述波长转换材料以及导电部，所述波长转换材料形成至少一个分立式波长转换结构，且所述导电部与所述第二电极相连接；
所述导电部具有相对于所述太阳能电池延展平面倾斜的侧壁，用于将进入所述第二载流子传输层内的光波反射至所述分立式波长转换结构。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述分立式波长转换结构包括柱状上转换结构、离散片状上转换结构、网状上转换结构和离散点状上转换结构中的至少一种。
6.根据权利要求2～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电部的侧壁所在的面为平面，且所述平面与导电部的一侧表面之间具有夹角α，30°≤α≤75°。
7.根据权利要求2～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电部的侧壁所在的面为内凹的曲面。
8.根据权利要求1～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述波长转换材料为上转换材料或下转换材料，或包含上转换材料和下转换材料的波长转换材料。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述上转换材料的吸收光波波段为750nm～1mm。
10.根据权利要求1～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述波长转换材料包括掺杂有激活剂和敏化剂的基质，所述基质包括氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述氟化物包括NaYF4、NaGaF4、CaF2、NaSrF4、BaY2F4、LiYF4、ScYF4、NaLnF4、SrF2、BaF2、MnF2、Na(CF3COO)3F4、LaF3、NaLuF4和Cs2GeF6中的一种；
所述氧化物包括Y2O3、ZrO2、TiO2、Gd2O3、In2O3、SrY2O4、TeO2、Al2O3、ZnO2、Lu2O3、Er2O3、Eu2O3、CeO2和La2O3中的一种；
所述复合氧化物包括LiNbO3、Ln2BaZnO2、ALn(MoO4)2、GdVO4、YVo4、CaZrO3、CaSc2O4、KLu(WO4)2、NaY(WO4)2、CaCs2O4、CaMoO4、BaTiO3、Y2Ti2O7、Y2Si2O7、Y2SiO5、Gd3Ga5O12、Y3Al5O12和Y2CaGe4O12中的一种；
所述激活剂包括Er3+、Ho3+、Tm3+、Gd3+、Pr3+、Sm3+、Ti2+、Cr3+、Ni2+、Mo3+、Re4+和Os4+中的至少一种；
所述敏化剂包括Yb3+和Nd3+中的至少一种。
12.根据权利要求1～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二电极为金属电极或透明电极。
13.根据权利要求2～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，形成所述导电部的材料为导电且光泽度高的金属或合金。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，形成所述导电部的材料为银、铝、铜或金中的一种或多种，或者所述导电部的材料为包含银、铝、铜或金中的任意一种的合金。
15.根据权利要求2～5任一项所述的太阳能电池，其特征在于，形成所述导电部的材料与形成所述第二电极的材料相同，或，形成所述导电部的材料与形成所述第二电极的材料不同。
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