CN213905376U

CN213905376U - 叠层太阳能电池

Info

Publication number: CN213905376U
Application number: CN202022895120.6U
Authority: CN
Inventors: 李建敏; 邹贵付; 何亮; 周成; 胡云墨; 甘胜泉; 熊仁根
Original assignee: Saiwei Ldk Solar High Tech Xinyu Co ltd
Current assignee: Chuzhou Saiwei Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2030-12-04

Abstract

本申请提供了一种叠层太阳能电池，包括层叠设置的铁电‑钙钛矿电池和晶硅电池，所述铁电‑钙钛矿电池具有铁电‑钙钛矿层。该铁电‑钙钛矿电池中具有铁电‑钙钛矿层，其结晶质量优异，减少了孔洞缺陷的产生，提高了内部的内建电场，改善载流子分离和传输效率；同时铁电‑钙钛矿电池与晶硅电池层叠设置，铁电‑钙钛矿电池对短波长的入射光进行吸收，晶硅电池对长波长的入射光进行吸收，从而大大提升电池效率。

Description

叠层太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，特别涉及叠层太阳能电池。

背景技术

钙钛矿电池具有光电转换效率高、成本低、制作工艺简单等优点，成为太阳能电池领域的研究热点。但是钙钛矿电池中的钙钛矿材料结晶质量不佳，产生较多孔洞，造成电池内建电场不足，影响载流子分离和传输，同时钙钛矿电池对长波段的入射光不能吸收，大大限制了电池效率的提高。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种叠层太阳能电池，该铁电-钙钛矿电池中具有铁电-钙钛矿层，其结晶质量优异，减少了孔洞缺陷的产生，提高了内部的内建电场，改善载流子分离和传输效率；同时铁电-钙钛矿电池与晶硅电池层叠设置，铁电-钙钛矿电池对短波长的入射光进行吸收，晶硅电池对长波长的入射光进行吸收，从而大大提升电池效率。

本申请提供了一种叠层太阳能电池，包括层叠设置的铁电-钙钛矿电池和晶硅电池，所述铁电-钙钛矿电池具有铁电-钙钛矿层。

可选的，所述铁电-钙钛矿层包括层叠设置的铁电层和钙钛矿层。

进一步的，所述铁电层和所述钙钛矿层的厚度比为1：(0.5-10)。

进一步的，所述铁电层选自铁酸铋层、钛酸钡层、钛酸铋钠层、磷酸二氢钾层、镍酸锂层、镍酸钾层、聚偏氟乙烯层和(C₆H₁₁NH₂)₂PbBr₄层中至少一层，所述铁电层的厚度为100nm-500nm；所述钙钛矿层选自CH₃NH₃PbI₃层、CH₃NH₃PbCl₃层、CH₃NH₃PbBr₃层和CH₃NH₃SnI₃层中至少一层，所述钙钛矿层的厚度为100nm-500nm。

可选的，所述铁电-钙钛矿电池包括依次层叠设置的第一导电层、空穴传输层、铁电-钙钛矿层、电子传输层和第二导电层，所述第一导电层或所述第二导电层设置在所述晶硅电池表面。

进一步的，所述第一导电层和所述第二导电层分别选自氧化铟锡层、氧化铟锌层、掺铝氧化铟层、掺钨氧化铟层、掺氟氧化锡层、掺铝氧化锌层、掺镓氧化锌层和石墨烯层中的至少一层，所述第一导电层和所述第二导电层的厚度分别为10nm-200nm；所述空穴传输层选自氧化镍层、碘化铜层、硫氰酸亚铜层、2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴层、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)层和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层中的至少一层，所述空穴传输层的厚度为30nm-300nm；所述电子传输层选自二氧化钛层、氧化锌层、氧化锡层、二氧化锆层、富勒烯层和富勒烯衍生物层中的至少一层，所述电子传输层的厚度为5nm-60nm。

可选的，所述晶硅电池为背场效应太阳电池、钝化发射极和背面电池、钝化发射极背部局域扩散电池、钝化发射极背表面全扩散电池、钝化接触电池或晶体硅异质结太阳电池。

可选的，所述晶硅电池包括依次层叠设置第一钝化层、扩散层、晶硅层、第二钝化层和背电场，所述第一钝化层设置在所述铁电-钙钛矿电池的表面。

进一步的，所述第一钝化层和第二钝化层分别选自氢化非晶硅层、二氧化钛层、二氧化硅层、三氧化二铝层和氮化硅层中的至少一层，所述第一钝化层和第二钝化层的厚度分别为1nm-10nm；所述晶硅层选自多晶硅层、单晶硅层和微晶硅层中的至少一层，所述晶硅层的厚度为100μm-200μm；所述扩散层的厚度为100nm-300nm，所述背电场的厚度为10μm-50μm。

可选的，所述叠层太阳能电池还包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述铁电-钙钛矿电池远离所述晶硅电池的一侧表面，所述第二电极设置在所述晶硅电池远离所述铁电-钙钛矿电池的一侧表面，所述第一电极和所述第二电极分别选自银电极、铜电极、锡电极和镍电极中的至少一种，所述第一电极和所述第二电极的厚度分别为100nm-500nm。

本申请的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本申请实施方式的实施而获知。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为本申请一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

图2为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

图3为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

图4为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

图5为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

图6为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，为本申请一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其中，叠层太阳能电池100包括层叠设置的铁电-钙钛矿电池10和晶硅电池20，铁电-钙钛矿电池10具有铁电-钙钛矿层。

在本申请中，铁电-钙钛矿层的结晶质量优异，从而改善相关技术中钙钛矿结晶质量不佳的问题，钙钛矿晶粒尺寸增加，降低了铁电-钙钛矿层中孔洞缺陷的产生，提高铁电-钙钛矿层内部的内建电池，增强载流子分离以及传输效果，提升铁电-钙钛矿电池以及叠层太阳能电池的性能。

在本申请中，通过将铁电-钙钛矿电池和晶硅电池层叠设置，使得铁电-钙钛矿电池可以对短波长的入射光进行吸收，如绿光和蓝光；晶硅电池对长波长的入射光进行吸收，如红光和红外光，从而可以最大限度的增加光吸收和发电量，提升电池效率，在保证高效率的同时，制备成本低；同时还可以利用晶硅电池吸收近红外光降低钙钛矿电池的发热现象，提升叠层太阳能电池整体结构的稳定性和使用寿命。

相关技术中，钙钛矿结晶质量不佳，产生的缺陷会造成电池内建电场不足，影响载流子充分的分离和传输；同时，钙钛矿电池不够稳定，也容易受外界环境的影响；铁电材料的带隙较宽，作为半导体材料使用时，对光吸收能力极弱，通常只能在紫外光照射下产生光生电子-空穴对，同时导电性能很差，其光电流极低，难以满足应用的需求；晶硅电池晶硅制备成本高，且仅对红光和红外光有比较好的吸收，光电转换效率低。在本申请中，通过将三者结合在一起形成叠层太阳能电池，充分发挥各自的优势，并弥补不足，得到具有低成本、高效率、高稳定性的叠层太阳能电池。

在本申请一实施方式中，铁电-钙钛矿层包括层叠设置的铁电层和钙钛矿层。可以理解的，铁电-钙钛矿层中的铁电层是极化的铁电层。在一实施例中，铁电层设置在钙钛矿层和晶硅电池之间。在另一实施例中，钙钛矿层设置在铁电层和晶硅电池之间。铁电层能够提升钙钛矿层的结晶质量，减少钙钛矿层内部孔洞的产生，从而提升了铁电-钙钛矿层的内部的内建电场；钙钛矿层的能隙适宜、吸光系数高、电子空穴对结合能低、光致载流子寿命长、载流子迁移率均衡，铁电层和钙钛矿层层叠设置改善了铁电-钙钛矿电池的性能，有利于提升叠层太阳能电池的性能。

在本申请另一实施方式中，铁电-钙钛矿层为单层结构。也就是说，铁电-钙钛矿层为铁电材料和钙钛矿混合的形成的单层结构。

在本申请实施方式中，铁电层和钙钛矿层的厚度比为1：(0.5-10)。通过上述比例的铁电-钙钛矿层，有利于进一步提升钙钛矿晶粒大小，降低内部孔洞的产生，增强内建电场。进一步的，铁电层和钙钛矿层的厚度比为1：(1-9)、1：(1.5-8)、1：(2-7)、1：(3-6.5)或1：(3-5)。具体的，铁电层和钙钛矿层的厚度比可以但不限于为1:0.5、1:0.6、1:0.8、1:1、1:2.5、1:3.5、1:5、1:7、1:8或1:10。

在本申请实施方式中，铁电层选自铁酸铋层、钛酸钡层、钛酸铋钠层、磷酸二氢钾层、镍酸锂层、镍酸钾层、聚偏氟乙烯层和(C₆H₁₁NH₂)₂PbBr₄层中至少一层。也就是说，铁电层为铁酸铋层、钛酸钡层、钛酸铋钠层、磷酸二氢钾层、镍酸锂层、镍酸钾层、聚偏氟乙烯层、(C₆H₁₁NH₂)₂PbBr₄层，或由上述至少两层层叠形成铁电层。具体的，铁电层可以但不限于包括铁酸铋层、钛酸钡层、(C₆H₁₁NH₂)₂PbBr₄层，或层叠设置的铁酸铋层和钛酸铋钠层。选择上述的铁电层，能够有利于改善铁电-钙钛矿电池中的铁电极化，提高叠层太阳能电池光电转换性能。

在本申请实施方式中，铁电层的厚度为100nm-500nm。从而，可以在提升铁电-钙钛矿电池性能的同时，减少铁电材料的使用，降低成本。进一步的，铁电层的厚度为120nm-450nm。更进一步的，铁电层的厚度为150nm400nm。具体的，铁电层的厚度可以但不限于为110nm、180nm、200nm、250nm、270nm、300nm、350nm、400nm、450nm或480nm。

在本申请中，钙钛矿层的材质为钙钛矿材料。在本申请实施方式中，钙钛矿材料为ABX₃型钙钛矿材料，其中，A包括锂、钠、钾、铯、铷、胺基和脒基中的至少一种，B包括铅、锡、钨、铜、锌、镓、硒、铑、锗、砷、钯、银、金、铟、锑、汞、铱、铊和铋中的至少一种，X包括碘、溴、氯和砹中的至少一种。在本申请一实施方式中，钙钛矿层选自CH₃NH₃PbI₃层、CH₃NH₃PbCl₃层、CH₃NH₃PbBr₃层和CH₃NH₃SnI₃层中至少一层。采用上述结构，使得钙钛矿层的带隙宽度在1.5eV-2.5eV之间，带隙可调，与晶硅电池带隙匹配，有效弥补晶硅电池中存在的缺陷，提升叠层太阳能电池的性能。

在本申请实施方式中，钙钛矿层的厚度为100nm-500nm。进一步的，钙钛矿层的厚度为150nm-450nm。更进一步的，钙钛矿层的厚度为200nm-400nm。具体的，钙钛矿层的厚度可以但不限于为130nm、170nm、200nm、240nm、290nm、300nm、330nm、360nm、400nm或470nm。

请参阅图2，为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其中，叠层太阳能电池100包括层叠设置的铁电-钙钛矿电池10和晶硅电池20，铁电-钙钛矿电池10包括依次层叠设置的第一导电层11、空穴传输层12、铁电-钙钛矿层13、电子传输层14和第二导电层15，第一导电层11设置在晶硅电池20和空穴传输层12。

请参阅图3，为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其与图2大致相同，不同之处在于，第二导电层15设置在晶硅电池20和电子传输层14之间。

在本申请实施方式中，第一导电层和第二导电层分别选自氧化铟锡层、氧化铟锌层、掺铝氧化铟层、掺钨氧化铟层、掺氟氧化锡层、掺铝氧化锌层、掺镓氧化锌层和石墨烯层中的至少一层。进一步的，第一导电层为透明导电层。进一步的，第二导电层为透明导电层。从而有利于光的透过。更进一步的，第一导电层和第二导电层的光学透过率大于90％，以利于光线穿透。具体的，第一导电层可以但不限于为氧化铟锡层，第二导电层可以但不限于为氧化铟锡层。在一实施例中，第一导电层的厚度为10nm-200nm。进一步的，第一导电层的厚度为20nm-160nm。更进一步的，第一导电层的厚度为50nm-130nm。具体的，第一导电层的厚度可以但不限于为15nm、50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm、190nm或200nm。在另一实施例中，第二导电层的厚度为10nm-200nm。进一步的，第二导电层的厚度为20nm-160nm。更进一步的，第二导电层的厚度为50nm-130nm。具体的，第二导电层的厚度可以但不限于为15nm、50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、180nm、190nm或200nm。

在本申请实施方式中，空穴传输层选自氧化镍层、碘化铜层、硫氰酸亚铜层、2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴层、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)层和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层中的至少一层。在一实施例中，空穴传输层的厚度为30nm-300nm。进一步的，空穴传输层的厚度为50nm-250nm。更进一步的，空穴传输层的厚度为80nm-200nm。具体的，空穴传输层的厚度可以但不限于为40nm、70nm、100nm、130nm、150nm、170nm、200nm、230nm、250nm或290nm。

在本申请实施方式中，电子传输层选自二氧化钛层、氧化锌层、氧化锡层、二氧化锆层、富勒烯层和富勒烯衍生物层中的至少一层。在一实施例中，电子传输层的厚度为5nm-60nm。进一步的，电子传输层的厚度为10nm-45nm。更进一步的，电子传输层的厚度为15nm-40nm。具体的，电子传输层的厚度可以但不限于为8nm、20nm、27nm、30nm、32nm、35nm、48nm或50nm。

请参阅图4，为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其与图2大致相同，不同之处在于，铁电-钙钛矿层13包括层叠设置的铁电层131和钙钛矿层132。在一实施例中，铁电层131设置在钙钛矿层132和空穴传输层12之间。在另一实施例中，钙钛矿层132设置在铁电层131和空穴传输层12之间。

在本申请实施方式中，晶硅电池为背场效应太阳电池(BSF)、钝化发射极和背面电池(PERC)、钝化发射极背部局域扩散电池(PERL)、钝化发射极背表面全扩散电池(PERT)、钝化接触电池(TOPCon)或晶体硅异质结太阳电池(HIT)。上述晶硅电池制备方法简单，工艺成熟，生成成本低，有利于叠层太阳能电池的应用。

请参阅图5，为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其中，叠层太阳能电池100包括层叠设置的铁电-钙钛矿电池10和晶硅电池20，晶硅电池20包括依次层叠设置第一钝化层21、扩散层22、晶硅层23、第二钝化层24和背电场25，第一钝化层21设置在铁电-钙钛矿电池10的表面。

在本申请实施方式中，第一钝化层和第二钝化层分别选自氢化非晶硅层、二氧化钛层、二氧化硅层、三氧化二铝层和氮化硅层中的至少一层。在一实施例中，第一钝化层的厚度为1nm-10nm。进一步的，第一钝化层的厚度为2nm-7nm。具体的，第一钝化层的厚度可以但不限于为1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm。在另一实施例中，第二钝化层的厚度为1nm-10nm。进一步的，第二钝化层的厚度为2nm-7nm。具体的，第二钝化层的厚度可以但不限于为1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm。

在本申请实施方式中，晶硅层选自多晶硅层、单晶硅层和微晶硅层中的至少一层。在本申请中晶硅层可以为N型晶硅层，也可以为P型晶硅层，具体的根据需要进行选择。在一实施例中，晶硅层的厚度为100μm-200μm。进一步的，晶硅层的厚度为120μm-170μm。具体的，晶硅层的厚度可以但不限于为100μm、130μm、140μm、150μm、160μm、180μm、190μm或200μm。

在本申请实施方式中，扩散层的厚度为100nm-300nm。进一步的，扩散层的厚度为120nm-250nm。更进一步的，扩散层的厚度为150nm-230nm。具体的，扩散层的厚度可以但不限于为110nm、130nm、160nm、180nm、200nm、220nm、260nm、270nm或300nm。

在本申请实施方式中，背电场的厚度为10μm-50μm。进一步的，背电场的厚度为15μm-45μm。更进一步的，背电场的厚度为20μm-40μm。具体的，背电场的厚度可以但不限于为12μm、18μm、25μm、30μm、33μm、38μm、42μm或47μm。

请参阅图6，为本申请另一实施方式提供的叠层太阳能电池的结构示意图，其与图1大致相同，不同之处在于叠层太阳能电池100还包括第一电极30和第二电极40，第一电极30设置在铁电-钙钛矿电池10远离晶硅电池20的一侧表面，第二电极40设置在晶硅电池20远离铁电-钙钛矿电池10的一侧表面。在一实施例中，第一电极和第二电极分别选自银电极、铜电极、锡电极和镍电极中的至少一种。在另一实施例中，第一电极和第二电极的厚度分别为100nm-500nm。进一步的，第一电极和第二电极的厚度分别为150nm-450nm。更进一步的，第一电极和第二电极的厚度分别为200nm-380nm。在一具体实施例中，第一电极包括多个间隔设置在铁电-钙钛矿电池表面的第一子电极，第二电极包括多个间隔设置在晶硅电池表面的第二子电极。

本申请提供的叠层太阳能电池对光的利用高、稳定性好，具有优异的光电转换效率，有利于广泛使用。

以上所述是本申请的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种叠层太阳能电池，其特征在于，包括层叠设置的铁电-钙钛矿电池和晶硅电池，所述铁电-钙钛矿电池具有铁电-钙钛矿层。

2.如权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述铁电-钙钛矿层包括层叠设置的铁电层和钙钛矿层。

3.如权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述铁电层和所述钙钛矿层的厚度比为1：(0.5-10)。

4.如权利要求2所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述铁电层选自铁酸铋层、钛酸钡层、钛酸铋钠层、磷酸二氢钾层、镍酸锂层、镍酸钾层、聚偏氟乙烯层和(C₆H₁₁NH₂)₂PbBr₄层中至少一层，所述铁电层的厚度为100nm-500nm；

所述钙钛矿层选自CH₃NH₃PbI₃层、CH₃NH₃PbCl₃层、CH₃NH₃PbBr₃层和CH₃NH₃SnI₃层中至少一层，所述钙钛矿层的厚度为100nm-500nm。

5.如权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述铁电-钙钛矿电池包括依次层叠设置的第一导电层、空穴传输层、铁电-钙钛矿层、电子传输层和第二导电层，所述第一导电层或所述第二导电层设置在所述晶硅电池表面。

6.如权利要求5所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层分别选自氧化铟锡层、氧化铟锌层、掺铝氧化铟层、掺钨氧化铟层、掺氟氧化锡层、掺铝氧化锌层、掺镓氧化锌层和石墨烯层中的至少一层，所述第一导电层和所述第二导电层的厚度分别为10nm-200nm；

所述空穴传输层选自氧化镍层、碘化铜层、硫氰酸亚铜层、2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴层、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)层和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层中的至少一层，所述空穴传输层的厚度为30nm-300nm；

所述电子传输层选自二氧化钛层、氧化锌层、氧化锡层、二氧化锆层、富勒烯层和富勒烯衍生物层中的至少一层，所述电子传输层的厚度为5nm-60nm。

7.如权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述晶硅电池为背场效应太阳电池、钝化发射极和背面电池、钝化发射极背部局域扩散电池、钝化发射极背表面全扩散电池、钝化接触电池或晶体硅异质结太阳电池。

8.如权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述晶硅电池包括依次层叠设置第一钝化层、扩散层、晶硅层、第二钝化层和背电场，所述第一钝化层设置在所述铁电-钙钛矿电池的表面。

9.如权利要求8所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层和第二钝化层分别选自氢化非晶硅层、二氧化钛层、二氧化硅层、三氧化二铝层和氮化硅层中的至少一层，所述第一钝化层和第二钝化层的厚度分别为1nm-10nm；

所述晶硅层选自多晶硅层、单晶硅层和微晶硅层中的至少一层，所述晶硅层的厚度为100μm-200μm；

所述扩散层的厚度为100nm-300nm，所述背电场的厚度为10μm-50μm。

10.如权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，还包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述铁电-钙钛矿电池远离所述晶硅电池的一侧表面，所述第二电极设置在所述晶硅电池远离所述铁电-钙钛矿电池的一侧表面，所述第一电极和所述第二电极分别选自银电极、铜电极、锡电极和镍电极中的至少一种，所述第一电极和所述第二电极的厚度分别为100nm-500nm。