CN216818360U

CN216818360U - 叠层太阳能电池

Info

Publication number: CN216818360U
Application number: CN202123258025.6U
Authority: CN
Inventors: 崔巍; 姚铮
Original assignee: Jiaxing Canadian Solar Technology Research Institute
Current assignee: Jiaxing Canadian Solar Technology Research Institute
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2031-12-22

Abstract

本实用新型提供一种叠层太阳能电池，包括背面电极、底层电池、顶层电池、正面电极、位于所述底层电池和所述顶层电池中间的结间导电层，所述结间导电层包括至少两层透明导电薄膜，不同的所述透明导电薄膜的功函数不同。相较于现有技术，本实用新型通过改善叠层电池结间导电层的性质，能够很好地匹配两侧的电池能级，且使得能带从底层电池到所述顶层电池的过渡更加连续，从而降低其与两侧电池的接触电阻，有助于改善载流子传输，提升电池FF，有效提高电池转化效率，对叠层电池及光伏行业的发展都有重要的意义。

Description

叠层太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及光伏领域，尤其涉及一种结间接触电阻小的叠层太阳能电池。

背景技术

随着硅基叠层太阳能电池技术的不断进步，特别是异质结电池(HJT)技术的不断发展，单结硅基电池已接近其理论极限(～29％)。为进一步提升电池效率，叠层电池技术逐渐受到开发人员青睐。在硅基异质结叠层电池的顶层电池选择中，钙钛矿电池由于其转化效率高，吸光材料带隙较宽，电池电流密度、电压等与硅基电池较为匹配等优势，可称为硅基叠层电池的首选材料，近年来内来受到广泛的研究。

在一般的叠层电池设计中，两结电池通常使用物理或化学气相沉积方法制备ITO、ZnO等材料制备的薄膜作为中间透明导电层。这些薄膜的功函数一般都在4.0eV～4.8eV，比较低，与p型多晶硅或空穴传输层形成接触时，会形成较大的势垒，从而提高电池的串联电阻，降低转化效率。

有鉴于此，有必要提供一种改进的叠层太阳能电池，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结间接触电阻小的叠层太阳能电池。

为解决上述技术问题之一，本实用新型采用如下技术方案：

一种叠层太阳能电池，包括背面电极、底层电池、顶层电池和正面电极，所述叠层太阳能电池还包括位于所述底层电池和所述顶层电池中间的结间导电层，所述结间导电层包括至少两层功函数不同的透明导电薄膜。

进一步地，至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高的顺序排布，或至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐降低的顺序排布。

进一步地，所述结间导电层的功函数范围为3.0eV～9.0eV。

进一步地，所述透明导电薄膜的厚度5nm～200nm。

进一步地，所述底层电池为硅基电池，所述顶层电池为钙钛矿电池，至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高或逐渐降低的顺序排布。

进一步地，所述硅基电池包括自下向上依次设置的背面透明导电层、第一掺杂非晶硅层、第一本征非晶硅层、晶硅层、第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层；

所述钙钛矿电池包括自下向上依次设置的空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、顶部透明导电层；

至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高的顺序排布。

进一步地，所述结间导电层包括下层透明导电薄膜和上层透明导电薄膜，所述下层透明导电薄膜的功函数为3.5eV～4.3eV，所述上层透明导电薄膜的功函数为4.9eV～8.6eV。

进一步地，所述晶硅层的厚度为80μm～300μm，第一本征非晶硅层、所述第二本征非晶硅层的厚度为2nn～60nm，所述第一掺杂非晶硅层与所述第二掺杂非晶硅层的厚度分别为5nm～250nm，所述背面透明导电层的厚度为10nm～500nm。

进一步地，所述钙钛矿吸光层厚度为80nm～2000nm，所述空穴传输层的厚度为5nm～100nm，所述电子传输层的厚度为5nm～100nm，所述顶部透明导电层的厚度为10nm～500nm。

进一步地，所述硅基电池为硅异质结电池、发射极电池、PERC背钝化电池、PERT电池、IBC电池、MWT电池或Top-con电池。

本实用新型的有益效果是：相较于现有技术，本实用新型通过改善叠层电池结间导电层的性质，能够很好地匹配两侧的电池能级，且使得能带从底层电池到所述顶层电池的过渡更加连续，从而降低其与两侧电池的接触电阻，有助于改善载流子传输，提升电池FF，有效提高电池转化效率，对叠层电池及光伏行业的发展都有重要的意义。

附图说明

图1是本实用新型的叠层太阳能电池的结构示意图；

图2是本实用新型的叠层太阳能电池的制备流程图。

其中，100-叠层太阳能电池，1-背面金属电极，2-底层电池，21-晶硅层，22-第一本征非晶硅层，23-第一掺杂非晶硅层，24-背面透明导电层，25-第二本征晶硅层，26-第二掺杂非晶硅层，3-结间导电层，31-下层透明导电薄膜，32-上层透明导电薄膜，4-顶层电池，41-钙钛矿吸光层，42-空穴传输层，43-电子传输层，44-顶部透明导电层，5-正面金属电极。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本实用新型的主题的基本结构。

请参考图1所示，为本实用新型较佳实施例的叠层太阳能电池100，包括自下而上设置的背面金属电极1、底层电池2、结间导电层3、顶层电池4、正面金属电极5。

所述底层电池2为硅基电池，所述硅基电池包括但不限于硅异质结电池、发射极电池、PERC背钝化电池、PERT电池、IBC电池、MWT电池或Top-con电池等。

优选地，所述硅基电池为硅异质结电池，其包括晶硅层21，依次设置于所述晶硅层21背面的第一本征非晶硅层22、第一掺杂非晶硅层23、背面透明导电层24；依次设置于所述晶硅层21正面的第二本征晶硅层25、第二掺杂非晶硅层26。

所述晶硅层21可以为N型或P型晶硅硅片，厚度为80μm～300μm。

第一本征非晶硅层22、所述第二本征非晶硅层21的厚度为2nn～60nm，对所述晶硅层21起到很好的钝化效果。

所述第一掺杂非晶硅层23与所述第二掺杂非晶硅层26的掺杂类型不同，两者可以互换，具体可以根据电池设计决定。例如，所述晶硅层21可以为N型晶硅硅片或P型晶硅硅片，所述第一掺杂非晶硅层23为P型掺杂晶硅层，所述第二掺杂非晶硅层26为N型掺杂晶硅层；或，所述第一掺杂非晶硅层23为N型掺杂晶硅层，所述第二掺杂非晶硅层26为P型掺杂晶硅层。

本实用新型中，所述第一掺杂非晶硅层23与所述第二掺杂非晶硅层26的厚度分别为5nm～250nm，掺杂浓度1e¹⁸～1e²³。

所述背面透明导电层24的厚度为10nm～500nm，材料为透明导电氧化物或导电高分子。所述透明导电氧化物包括但不限于氧化铟锡、氧化铟钨、氧化钨、氧化钛、氧化锌及氧化锆中的一种或几种；所述导电高分子包括但不限于PEDOT：PSS、P3HT等中的一种或几种。

所述背面透明导电层24可以采用制备透明导电薄膜通常采用的任何方法来制备，包括但不限于沉积方法例如化学气相沉积、磁控溅射沉积、反应等离子体沉积法、旋涂镀膜、喷涂镀膜或卷对卷印刷中的一种或几种。

所述顶层电池4为钙钛矿电池，可以为空穴传输层42在上方的p-i-n型，或空穴传输层42在下方的n-i-p型。

以n-i-p型结构为例，所述钙钛矿电池包括钙钛矿吸光层41，设置于所述钙钛矿吸光层背面的空穴传输层42，依次设置于所述钙钛矿吸光层正面的电子传输层43、顶部透明导电层44。在某些特定情况下，所述电子传输层43也可以与所述顶部透明导电层44合并为一层。

所述钙钛矿吸光层41厚度为80nm～2000nm，材料具有ABX₃结构，其中：A为单价阳离子，包括K⁺、Na⁺、Cs⁺、Rb⁺、HN＝CHNH₃ ⁺(表示为FA)、CH3NH2⁺(表示为MA)中的一种或几种；B为二价阳离子，包括Sn²⁺、Pb²⁺中的一种或几种；X包括卤素阴离子，所述卤素离子包括F^-、Cl^-、Br^-和I^-等；或其他离子，如O₂ ^-、O₂ ^-中的一种或几种。

所述钙钛矿吸光层41材料带隙为1.2eV～2.2eV，可以通过热蒸镀、旋涂镀膜、喷涂镀膜或卷对卷印刷等方法中的一种或多种制备。

所述空穴传输层42是指收集并传输所述钙钛矿吸光层41中光生空穴的膜层，材料可以为PEDOT:PSS、氧化镍、氧化钼、氧化钨、石墨等中的一种或几种，厚度为5nm～100nm。制备方法采用化学气相沉积、磁控溅射沉积、反应等离子体沉积法、旋涂镀膜、喷涂镀膜或卷对卷印刷中的一种或几种。

所述电子传输层43是指收集并传输所述钙钛矿吸光层41中光生电子的膜层。其材料可以为氟化锂、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、聚乙烯亚胺(PEI)、富勒烯及其衍生物(PCBM)等中的一种或几种，厚度为5nm～100nm。制备方法采用化学气相沉积、磁控溅射沉积、反应等离子体沉积法、旋涂镀膜、喷涂镀膜或卷对卷印刷中的一种或几种。

所述顶部透明导电层44的制备方法及材料等与所述硅基电池中的背面透明导电层24一致，于此不再赘述。

需要说明的是，正置结构和倒置结构中各膜层相同，区别仅在于上下位置关系不同，于此不再赘述。

所述底层电池2和所述顶层电池4叠层并串联，所述结间导电层3位于所述底层电池2和所述顶层电池4中间，主要起到收集两侧电池的电流，改善界面接触的作用。

本实用新型中，所述结间导电层3包括至少两层透明导电薄膜，不同的所述透明导电薄膜的功函数不同，能够很好地匹配两侧的电池能级，且使得能带从底层电池2到所述顶层电池4的过渡更加连续，有助于改善载流子传输，提升电池FF。

优选地，至少两层所述透明导电薄膜的功函数自下向上逐渐升高，也即至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高的顺序排布；或至少两层所述透明导电薄膜的功函数自下向上逐渐降低，也即至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐降低的顺序排布；能级呈阶梯状，与两侧电池的能级匹配度高，且能够降低所述底层电池2和所述顶层电池4之间的接触电阻，能够有效提高电池转化效率，对叠层电池及光伏行业的发展都有重要的意义。

所述结间导电层3的功函数范围为3.0eV～9.0eV，多层透明导电薄膜的功函数位于该范围内的不同区间。

具体地，所述透明导电薄膜包括掺杂氧化铟、或掺杂氧化锌、或透明导电氧化物、或导电高分子。所述掺杂氧化铟中掺杂有锡、钛、铈、钨、钼、氢等中的一种或几种；所述掺杂氧化锌中掺杂有铝、镁、硼、氢等中的一种或几种；所述透明导电氧化物包括氧化铟锡、氧化铟钨、氧化铟铈、氧化钨、氧化钛、氧化锌及氧化锆中的一种或几种；所述导电高分子包括PEDOT:PSS、P3HT中的一种或几种。本实用新型通过选择不同材料的膜层匹配能级的升高或降低。

单层所述透明导电薄膜的厚度介于5nm～200nm，可以采用制备透明导电薄膜通常采用的任何方法来制备，包括但不限于沉积方法，例如化学气相沉积、磁控溅射沉积、反应等离子体沉积法、旋涂镀膜、喷涂镀膜或卷对卷印刷中的一种或几种。

一实施例中，所述底层电池2为硅基电池，且所述第二掺杂非晶硅层26为N型掺杂晶硅层；所述顶层电池4为钙钛矿电池，且所述空穴传输层42位于所述钙钛矿吸光层41的背面，至少两层所述透明导电薄膜的功函数自下向上逐渐升高。

以所述结间导电层3为两层结构为例，下层透明导电薄膜31的功函数小于上层透明导电薄膜32的功函数。例如，所述下层透明导电薄膜31的功函数为3.5eV～4.3eV，例如选用ITO薄膜、或掺铝的氧化锌(ZnO:Al)薄膜等。所述上层透明导电薄膜32功函数为4.9eV～8.6eV，例如选用IWO薄膜、或PEDOT:PSS薄膜、或IMO(掺钼氧化铟)薄膜等。

请参考图2所示，该叠层电池的制备方法为：将厚度约130nm、电阻率0.5Ω·cm～5Ω·cm的N型单晶硅片制绒，在表面形成金字塔绒面；使用PECVD在硅片正反两面分别沉积本征非晶硅层212nm～10nm；在其背面沉积p型掺杂非晶硅，厚度5nm～20nm；在其正面沉积n型掺杂非晶硅层21，厚度5nm～20nm；在背面沉积ITO作为所述背面透明导电层24，厚度50nm～100nm，方阻30Ω/□～100Ω/□；在正面通过PVD方式沉积两层结间透明导电薄膜，薄膜厚度分别为30nm～100nm，方阻分别为50Ω/□～150Ω/□；在所述结间导电层3上方通过真空蒸镀MoO₃作为空穴传输层42，膜厚50nm～100nm，方阻30Ω/□～100Ω/□；继续在其上方采用旋涂方法制备所述钙钛矿吸光层41，其材料为CH₃NH₂PbCl₃；在其上制备电子传输层43，采用旋涂法制备PCBM薄膜，薄膜厚度5nm～20nm；并在其上方采用PVD沉积ITO作为顶部透明导电层44，厚度50nm～100nm，方阻30Ω/□～100Ω/□；最后，通过丝网印刷银栅线的方式制备正面金属电极5及背面金属电极1。

对比例1：与实施例的区别仅在于：结间导电层3的制备使用单层ITO，其功函数为4.2eV～4.7eV，使用磁控溅射方法制备，膜厚60nm～140nm，方阻50Ω/□～200Ω/□。

将实施例一与对比例一的电池性能数据如下表所示：

	Voc(mV)	Jsc(mA/cm<sup>2</sup>)	FF(％)	Eff(％)
					对比例一	1740.5	21.42	81.07	30.22
实施例一	1742.0	21.48	82.77	30.97

可以看出，所述结间导电层3使用多层膜结构，电池的FF得到了很大改善，因此电池效率得以提升，这说明中间透明导电层起到了调节两电池之间接触的作用。

综上所述，相较于现有技术，本实用新型通过改善叠层电池结间导电层3的性质，能够很好地匹配两侧的电池能级，且使得能带从底层电池2到所述顶层电池4的过渡更加连续，从而降低其与两侧电池的接触电阻，有助于改善载流子传输，提升电池FF，有效提高电池转化效率，对叠层电池及光伏行业的发展都有重要的意义。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种叠层太阳能电池，包括背面电极、底层电池、顶层电池和正面电极，其特征在于，所述叠层太阳能电池还包括位于所述底层电池和所述顶层电池中间的结间导电层，所述结间导电层包括至少两层功函数不同的透明导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于：至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高的顺序排布，或至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐降低的顺序排布。

3.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述结间导电层的功函数范围为3.0eV～9.0eV。

4.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述透明导电薄膜的厚度5nm～200nm。

5.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述底层电池为硅基电池，所述顶层电池为钙钛矿电池，至少两层所述透明导电薄膜按照功函数自下向上逐渐升高或逐渐降低的顺序排布。

6.根据权利要求5所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述硅基电池包括自下向上依次设置的背面透明导电层、第一掺杂非晶硅层、第一本征非晶硅层、晶硅层、第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层；

7.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述结间导电层包括下层透明导电薄膜和上层透明导电薄膜，所述下层透明导电薄膜的功函数为3.5eV～4.3eV，所述上层透明导电薄膜的功函数为4.9eV～8.6eV。

8.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述晶硅层的厚度为80μm～300μm，第一本征非晶硅层、所述第二本征非晶硅层的厚度为2nn～60nm，所述第一掺杂非晶硅层与所述第二掺杂非晶硅层的厚度分别为5nm～250nm，所述背面透明导电层的厚度为10nm～500nm。

9.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层厚度为80nm～2000nm，所述空穴传输层的厚度为5nm～100nm，所述电子传输层的厚度为5nm～100nm，所述顶部透明导电层的厚度为10nm～500nm。

10.根据权利要求5所述的叠层太阳能电池，其特征在于：所述硅基电池为硅异质结电池、发射极电池、PERC背钝化电池、PERT电池、IBC电池、MWT电池或Top-con电池。