CN209515740U - 四端叠层钙钛矿太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种四端叠层钙钛矿太阳能电池，其包括：至少能够完全吸收太阳光内的短波长光线而使长波长光线完全透过的第一太阳能电池单元，以及能够完全吸收太阳光内的长波长光线的第二太阳能电池单元；所述第一太阳能电池单元堆叠并联设置在第二太阳能电池单元的上方，其中第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元均为钙钛矿电池。本实用新型实施例提供的四端叠层钙钛矿太阳能电池，性能更稳定、成本更低；并且，其最大限度的拓宽了电池的吸收光谱范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，进而提高了同等面积对光能的利用，应用范围更广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池，特别涉及一种四端叠层钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。
背景技术
太阳能作为可再生能源，是解决当前能源危机和环境污染的重要途径，高效、低成本的太阳能电池的研究和开发受到广泛关注。钙钛矿电池因其制备工艺简单，成本较低并且可制备大面积的柔性电池和透明电池等优势，受到越来越多的关注和研究，钙钛矿的效率主要由其带隙决定，任何一种光敏材料都有其理论极限。可以通过调节钙钛矿的带隙，将不同带隙宽度的电池依带隙宽度大小，从上到下串叠成两端全钙钛矿的叠层器件，能拓宽电池的吸收光谱范围，提高太阳能电池的光电转换效率，太阳光光谱中的能量分布较宽，虽然串联两端叠层电池虽然能够在一定程度上克服一些现有问题，但串联两端叠层电池受其单节电池最低电流限制，对工艺要求很高，以及单一光敏材料只能吸收能量比其能隙值高的光子，对光的利用有限；带隙不匹配的叠层电池，效率提高有限，以及硅基电池成本过高。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种四端叠层钙钛矿太阳能电池，其调节电池带隙，将不同带隙宽度的电池依带隙宽度大小，从上到下并联成四端叠层器件结构，其最大限度的拓宽了电池的吸收光谱范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，进而克服现有技术的中的不足。
为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型实施例提供了一种四端叠层钙钛矿太阳能电池，其包括：至少能够完全吸收太阳光内的短波长光线而使长波长光线完全透过的第一太阳能电池单元，以及
能够完全吸收太阳光内的长波长光线的第二太阳能电池单元，
并且，所述第一太阳能电池单元叠设在第二太阳能电池单元上方；
所述第一太阳能电池单元包括从上向下依次叠设的第一上电极、第一传输层、第一钙钛矿层、第二传输层和第一下电极；
所述第二太阳能电池包括从上向下依次叠设的第二上电极、第三传输层、第二钙钛矿层、第四传输层和第二下电极。
进一步的，所述第一钙钛矿层包括第一钙钛矿薄膜，第一钙钛矿薄膜为宽带隙的钙钛矿薄膜。
进一步的，所述第一钙钛矿薄膜为ABX3薄膜，其中A包括Cs、CH3NH3和[HC(NH2)2]中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；B包括Pb，X包括卤族元素。
进一步的，所述第一太阳能电池单元的带隙为1.7-1.9eV。
进一步的，所述第二钙钛矿层包括第二钙钛矿薄膜，第二钙钛矿薄膜为窄带隙的钙钛矿薄膜。
进一步的，所述第二钙钛矿薄膜为ABX3薄膜，其中A包括Cs、CH3NH3和[HC(NH2)2]中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；B包括Sn和Pb， X包括卤族元素。
进一步的，所述第二太阳能电池单元的带隙小于等于1.2eV。
进一步的，所述第一传输层为空穴传输层、第二传输层为电子传输层；或者，所述第一传输层为电子传输层、第二传输层为空穴传输层。
进一步的，所述第三传输层为空穴传输层、第四传输层为电子传输层；或者，所述第三传输层为电子传输层、第四传输层为空穴传输层。
进一步的，所述短波长的光线波长为300-800nm，所述长波长光线的波长为 500-1200nm。
进一步的，所述第一上电极、第一下电极、第二上电极和第二下电极的材质包括透明导电材料。
优选的，所述透明导电材料包括ITO玻璃、IWO玻璃、FTO玻璃中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元均为半透明的电池结构。
进一步的，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元之间设置有一绝缘层，所述绝缘层连接设置在第一下电极与第二上电极之间，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元并联设置。
进一步的，所述的两端叠层钙钛矿太阳能电池还包括封装结构，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元被封装在所述封装结构内；优选的，所述封装结构包括设置相对设置的第一封装层和第二封装层，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元被封装在第一封装层和第二封装层之间。
与现有技术相比，本实用新型实施例提供的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其中半透明的锡钙钛矿(即第二太阳能电池单元)的带隙可调至1.2eV以下，与带隙在1.7-1.9eV的半透明钙钛矿(即第一太阳能电池单元)并联成四端叠层钙钛矿，较之硅基钙钛矿电池，性能更稳定、成本更低；并且，其最大限度的拓宽了电池的吸收光谱范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，进而提高了同等面积对光能的利用，应用范围更广。
附图说明
图1是本实用新型一典型实施案例中一种四端叠层钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
具体的，一种全钙钛矿四端叠层钙钛矿电池，包括上电池(可定义为第一太阳能电池单元)和下电池(可定义为第二太阳能电池单元)，上电池堆叠并联设置在下电池的上方，下电池带隙在1.2eV以下，上电池带隙在1.7-1.9eV，上下电池带隙匹配，可以得到高效率的全钙钛矿电池，利于产业化生产，更稳定、高效、成本低；宽带隙的半透明上电池吸收掉所有的短波长太阳光同时让长波长太阳光完全透过；窄带隙的半透明下电池吸收掉所有的长波长太阳光，其中，所述短波长的光线波长为300-800nm，所述长波长光线的波长为500-1200nm。
更为具体的，请参阅图1，所述上电池包括依次叠层设置的第一下电极(即透明导电电极)11、第一传输层12、第一钙钛矿层13、第二传输层14和第一上电极15；下电池包括依次叠层设置的第二下电极(即透明导电电极)21、第三传输层22、第二钙钛矿层23、第四传输层24和第二上电极25。上电池和下电池之间经一绝缘层31连接，可以通过引出电极使上电池和下电池并联连接设置或者还可以直接由上电池和下电池上引出引线连接，连接的方式还可以采用本领域技术人员已知的其他方式，此处不作主要限制，其中绝缘层31设置在第一下电极11和第二上电极25之间，其中的绝缘层31的材质可以是连接玻璃或粘结剂。
具体的，全钙钛矿四端叠层钙钛矿电池还可以包括封装层，上电池和下电池连接够被封装在封装层内，封装层包括第一封装层41和第二封装层42，第一封装层41设置在上电池的顶部，第二封装层42设置在下电池的底部，第一封装层和第二封装层的材质可以是由乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和透明玻璃组合形成，封装层能够保持和提高电池效率，延长电池寿命。
进一步的，其中，第一钙钛矿层13包括ABX3薄膜，其中A包括Cs、CH3NH3和[HC(NH2)2]中的任意一种或两种以上的组合，B包括Pb，X包括卤族元素；第二钙钛矿层23包括ABX3薄膜，其中A包括Cs、CH3NH3和[HC(NH2)2]中的任意一种或两种以上的组合，B包括Sn和Pb，X包括卤族元素。
进一步的，所述第一传输层12为空穴传输层、第二传输层14为电子传输层；或者，所述第一传输层12为电子传输层、第二传输层14为空穴传输层。
进一步的，所述第三传输层22为空穴传输层、第四传输层24为电子传输层；或者，所述第三传输层22为电子传输层、第四传输层24为空穴传输层。
进一步的，所述第一上电极、第一下电极、第二上电极和第二下电极的材质包括透明导电材料，所述透明导电材料可以是ITO玻璃、IWO玻璃、FTO玻璃中的任意一种，但不限于此。
其中，第一传输层、第二传输层、第三传输层、第四传输层、第一封装层和第二封装层的材质和厚度可以采用本领域技术人员已知的材料，各结构层的厚度可以根据具体以情况调整，在此不作具体限定。
本实用新型实施例提供的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其中半透明的锡钙钛矿(即第二太阳能电池单元)的带隙可调至1.2eV以下，与带隙在1.7-1.9eV的半透明钙钛矿(即第一太阳能电池单元)并联成四端叠层钙钛矿，较之硅基钙钛矿电池，性能更稳定、成本更低；并且，其最大限度的拓宽了电池的吸收光谱范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，进而提高了同等面积对光能的利用，应用范围更广。以及全钙钛矿叠层电池产业化生产方便，成本低廉，光转换效率高，较之串联叠层钙钛矿电池，对工艺要求更低，更利于大面积制造。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于包括：
至少能够完全吸收太阳光内的短波长光线而使长波长光线完全透过的第一太阳能电池单元，以及
能够完全吸收太阳光内的长波长光线的第二太阳能电池单元，
并且，所述第一太阳能电池单元叠设在第二太阳能电池单元上方；
所述第一太阳能电池单元包括从上向下依次叠设的第一上电极、第一传输层、第一钙钛矿层、第二传输层和第一下电极，
所述第二太阳能电池包括从上向下依次叠设的第二上电极、第三传输层、第二钙钛矿层、第四传输层和第二下电极。
2.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一钙钛矿层包括第一钙钛矿薄膜，所述第一钙钛矿薄膜为宽带隙的钙钛矿薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一太阳能电池单元的带隙为1.7-1.9eV。
4.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第二钙钛矿层包括第二钙钛矿薄膜，所述第二钙钛矿薄膜窄带隙的钙钛矿薄膜。
5.根据权利要求1或4所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第二太阳能电池单元的带隙小于等于1.2eV。
6.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一传输层为空穴传输层、第二传输层为电子传输层；或者，所述第一传输层为电子传输层、第二传输层为空穴传输层。
7.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第三传输层为空穴传输层、第四传输层为电子传输层；或者，所述第三传输层为电子传输层、第四传输层为空穴传输层。
8.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述短波长的光线波长为300-800nm，所述长波长光线的波长为500-1200nm。
9.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一上电极、第一下电极、第二上电极和第二下电极的材质包括透明导电材料。
10.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元均为半透明的电池结构。
11.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元之间设置有一绝缘层，所述绝缘层连接设置在第一下电极与第二上电极之间，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元并联设置。
12.根据权利要求1所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于还包括封装结构，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元被封装在所述封装结构内。
13.根据权利要求12所述的四端叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述封装结构包括设置相对设置的第一封装层和第二封装层，所述第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元被封装在第一封装层和第二封装层之间。
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|---|---|---|---|---|
| CN112003360A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-27 | 暨南大学 | 一种多波段混合光能采集系统、采集方法及存储介质 |
| CN112054587A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-12-08 | 中国科学院电工研究所 | 基于多端并联智能管理器的多种类叠层电池系统 |
| CN114678391A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-06-28 | 华北电力大学 | 一种叠层太阳电池 |
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