CN217655887U

CN217655887U - 一种太阳能叠层电池

Info

Publication number: CN217655887U
Application number: CN202220207404.8U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shenzhen Heijing Optoelectronic Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Heijing Optoelectronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2032-01-25

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能叠层电池，包括底电池、隧穿层和顶电池；所述底电池为硅底电池，所述顶电池为钙钛矿电池；所述底电池为具有N型多晶硅叠氧化硅表面结构的硅太阳能电池,所述隧穿层设置在所述底电池的顶面上，所述钙钛矿电池设置在所述隧穿层上。该太阳能叠层电池其底电池采用的为硅底电池，其顶电池采用钙钛矿电池，硅底电池有着制造工艺成熟、稳定性好的特点，钙钛矿电池具有加工工艺简单的特点，二者结合形成的太阳能叠层电池，能够很好的兼顾光电效率、生产成本以及产品良率之间的平衡，此外，通过隧穿层对硅底电池和钙钛矿电池进行连接，可以实现载流子的高效隧穿复合，保证太阳能叠层电池的光电转换效率。

Description

一种太阳能叠层电池

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种太阳能叠层电池。

背景技术

光伏领域的发展始终是以降低成本和提高光电转换效率为目的的，其中电池是光伏产业链中的一个重大的技术变革环节。

由于太阳光光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量与其禁带宽度值适配的光子，而太阳光中能量较小的光子将透过电池被底电极金属吸收并转变成热能，太阳光中能量较大的光子将超出禁带宽度的多余能量，通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子并使材料本身发热；因此对于单结太阳能电池，即使是晶体材料制成的，其转换效率的理论极限一般也只有30％左右。

太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，如果用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄的禁带宽度材料电池利用，这就可以最大限度地将光能变成电能，这样结构的电池就是叠层太阳能电池。

具体实施中，基于制造成本考虑，双层叠层电池的应用较为广泛，如果选用合适的电池结构作为双层叠层电池的顶电池和底电池，以及如何设置二者间的连接结构是双层叠层电池的设计难点。

钙钛矿电池是目前技术较为前沿的太阳能电池种类之一，钙钛矿电池的制备可采用溶液法制备，但是双层钙钛矿叠层电池的加工在制备第二层钙钛矿结构时容易破坏第一层已经制备好的钙钛矿结构，因此需要在二者之间设置致密层(材料一般为掺锡氧化铟)进行隔离，致密层的设置，除了增加制备成本外，还可能会容易造成相邻电池的短路。

实用新型内容

本实用新型提供了一种太阳能叠层电池，其底电池采用的为硅底电池，其顶电池采用钙钛矿电池，硅底电池有着制造工艺成熟、稳定性好的特点，钙钛矿电池具有加工工艺简单的特点，二者结合形成的太阳能叠层电池，能够很好的兼顾光电效率、生产成本以及产品良率之间的平衡，此外，通过隧穿层对硅底电池和钙钛矿电池进行连接，可以实现载流子的高效隧穿复合，保证太阳能叠层电池的光电效率。此处的复合指的是顶电池的多数载流子和底电池极性相反的多数载流子的复合，用以形成电池间的串联。

相应的，本实用新型提供了一种太阳能叠层电池，包括底电池、隧穿层和顶电池；

所述底电池为硅底电池，所述顶电池为钙钛矿电池；

所述底电池为具有N型多晶硅叠氧化硅表面结构的硅太阳能电池；

所述隧穿层设置在所述底电池的顶面上，所述钙钛矿电池设置在所述隧穿层上。

可选的实施方式，所述硅底电池包括N型硅基片；所述N型多晶硅叠氧化硅表面结构设置在所述N型硅基片上方。

可选的实施方式，所述N型硅基片下方依次设置有氧化硅钝化层、P型多晶硅钝化层和背减反层；

若干底电极从所述P型多晶硅钝化层上出并穿过所述背减反层后伸出至所述底电池的外部。

可选的实施方式，所述N型硅基片下方依次设置有P型掺杂层、背钝化层和背减反层；

若干底电极从所述P型掺杂层引出并依次穿过所述背钝化层和背减反层后伸出至所述底电池的外部。

可选的实施方式，所述顶电池包括依次层叠设置的第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和透明窗口层；

所述透明窗口层的顶面引出有若干顶电极。

可选的实施方式，所述隧穿层的材料为ITO、IZO、AZO、IWO、SnO₂、 ZnO、Al₂O₃、导电金属中的其中一种；

和/或所述隧穿层的厚度取值范围为[0nm,100nm]。

可选的实施方式，所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为PTAA、NiO_x、P3HT、V₂O₅、MoO_x、PEDOT:PSS、WO_x、CuSCN、 Cu₂O、CuI、Spiro-TTB、自组装单层膜SAMs中的其中一种；

和/或所述第一载流子传输层的厚度为[0nm，200nm]。

可选的实施方式，所述钙钛矿吸光层的材料的化学通式为ABX₃，其中， A为一价阳离子，B为二价阳离子，X为一价阴离子；

和/或所述钙钛矿吸光层的厚度取值范围为[0.05μm，5μm]。

可选的实施方式，所述第二载流子传输层为电子传输层，所述第二载流子传输层的材料为SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂、富勒烯、富勒烯衍生物、TiSnO_x或SnZnO_x中的其中一种；

和/或所述第二载流子传输层的厚度取值范围为[0nm，200nm]。

可选的实施方式，所述透明窗口层为ITO、IZO、AZO、IWO、导电金属中的其中一种；

和/或所述厚度透明窗口层的厚度取值范围为[0nm，500nm]。

本实用新型提供了一种太阳能叠层电池，其底电池采用的为硅底电池，其顶电池采用钙钛矿电池，硅底电池有着制造工艺成熟、稳定性好的特点，钙钛矿电池具有加工工艺简单的特点，二者结合形成的太阳能叠层电池，能够很好的兼顾光电效率、生产成本以及产品良率之间的平衡，此外，通过隧穿层对硅底电池和钙钛矿电池进行连接，可以实现载流子的高效隧穿复合，此处的复合指的是顶电池的多数载流子和底电池极性相反的多数载流子的复合，用以形成电池间的串联，保证太阳能叠层电池的光电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例的太阳能叠层电池的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

参照附图图1示出的本实用新型实施例的太阳能叠层电池的剖面结构示意图。基本的，本实用新型实施例提供了一种太阳能叠层电池，

包括底电池、隧穿层和顶电池；

所述底电池为硅底电池，所述顶电池为钙钛矿电池；

该太阳能叠层电池中的底电池采用的为硅底电池，其顶电池采用钙钛矿电池，硅底电池有着制造工艺成熟、稳定性好的特点，钙钛矿电池具有加工工艺简单的特点，二者结合形成的太阳能叠层电池，能够很好的兼顾光电效率、生产成本以及产品良率之间的平衡，此外，通过在N型多晶硅叠氧化硅表面结构上设置隧穿层对硅底电池和钙钛矿电池进行连接，可以实现载流子的高效隧穿复合，保证太阳能叠层电池的光电效率。

基本的，所述硅底电池包括N型硅基片6；所述N型多晶硅叠氧化硅表面结构设置在所述N型硅基片上方。

在本发明实施例中，所述N型硅基片下方依次设置有P型掺杂层4、背钝化层3和背减反层2；

若干底电极1从所述P型掺杂层引出并依次穿过所述背钝化层和背减反层后伸出至所述底电池的外部。

具体的，N型硅基片在本实用新型例中承担着叠层太阳能电池的底电池基底材料，其设计目标是具有较小的界面复合及较低的表面接触电阻，基于该设计目标，在本实用新型实施例中，于所述N型硅基片上方依次设置有氧化硅钝化层和N型多晶硅钝化层，于所述N型硅基片下方依次设置有P 型掺杂层、背钝化层和背减反层。

其中，所述氧化硅钝化层的作用是用于将N型多晶硅钝化层与N型硅基片隔离，具体实施中，氧化硅钝化层的厚度需要小于5nm，可以阻止光激发的电子与空穴复合，以实现阻碍少数载流子到达界面以及保证多数载流子到达界面的功能，氧化硅钝化层和N型硅基片的设置结构，根据实验统计，可使电池的N型多晶硅叠氧化硅一侧复合电流密度J₀<10fA/cm²，电池的开路电压超过700mV。

其中，P型掺杂层的作用是用于与N型硅基片相对应形成底电池的PN 结，从而使底电池可以吸收顶电池未能吸收光子的能量，进一步形成PN结光生伏特效应，以提升开路电压和短路电流，提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。

其中，背钝化层的作用是用于减小P型掺杂层中发生的光激发载流子复合。

其中，背减反层的作用是减少进入至太阳能底电池内部的光线外泄，提高光线的能量存留，以及减小从底电池背面入射光线反射。

具体的，在晶体硅太阳能电池中，金属-半导体接触区域存在严重的复合，成为制约晶体硅太阳能电池效率发展的重要因素，在本实用新型实施例的太阳能底电池中，氧化硅钝化层和N型多晶硅钝化层组合形成超薄的隧穿钝化结构，可以极大地提升太阳能电池的效率。

该实施结构的优点是可以提高太阳能底电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而使太阳能底电池获得更高的光电转换效率。具体的，P型掺杂层的作用是用于与N型性硅基片相对应形成底电池的正负极PN结，从而使底电池可以吸收顶电池未能吸收光子的能量，进一步形成PN结光生伏特效应,提高电池的开路电压和短路电流；

具体的，关于本实用新型实施例的太阳能底电池中，未采用材料命名的部件结构，可选的实施方式如下：

所述底电极的材料为铝、银、镍、铜中的其中一种，也可以为其中两种以上材料的混合物；可选的，所述底电极的厚度取值范围为[1μm,50μm]。

所述背减反层的材料为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的其中一种，也可以为其中两种以上材料的混合物；可选的，所述背减反层的厚度取值范围为[0nm,200nm]。

所述背钝化层的材料为氧化铝、氧化硅、氧化锡中的其中一种，也可以为其中两种以上材料的混合物；可选的，所述背钝化层的厚度取值范围为[0nm,200nm]。

所述N型硅基片的厚度取值范围为[120μm,250μm]，可选的，所述N 型硅基片的厚度的电阻率取值范围为[0.1ohm·cm，20ohm·cm]。

可选的，所述氧化硅钝化层的厚度取值范围为[0nm,5nm]。

可选的，所述N型多晶硅钝化层的厚度取值范围为[0nm，100nm]。

基本的，本实用新型实施例的，所述顶电池包括依次层叠设置的第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和透明窗口层；所述透明窗口层的顶面引出有若干顶电极。

具体的，针对所述顶电池的具体实施结构，本实用新型实施提供了部分可选的实施方式。

具体的，所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为PTAA、NiO_x、P3HT、V₂O₅、MoO_x、PEDOT:PSS、WO_x、CuSCN、Cu₂O、 CuI、Spiro-TTB、自组装单层膜SAMs中的其中一种，或其中两种以上的材料的混合物；可选的，所述第一载流子传输层的厚度为[0nm，200nm]。

具体的，所述钙钛矿吸光层的材料的化学通式为ABX₃，其中，A为一价阳离子，B为二价阳离子，X为一价阴离子；可选的，所述钙钛矿吸光层的厚度取值范围为[0.05μm，5μm]。

具体的，所述第二载流子传输层为电子传输层，所述第二载流子传输层的材料为SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂、富勒烯、富勒烯衍生物、TiSnO_x或SnZnO_x中的其中一种；可选的，所述第二载流子传输层的厚度取值范围为[0nm， 200nm]。

具体的，所述缓冲层的材料为金属氧化物；可选的，所述缓冲层的厚度取值范围为[0nm，30nm]。

具体的，所述透明窗口层为ITO、IZO、AZO、IWO、导电金属中的其中一种，或其中两种以上的材料的混合物；可选的，所述透明窗口层的厚度取值范围为[0nm，500nm]。

具体的，所述顶电极的材料为Ag、Cu、Al中的其中一种，或其中两种以上的材料的混合物；可选的，所述顶电极的厚度取值范围为[0μm，20

μm]。

具体的，针对所述顶电池的隧穿层，所述隧穿层的材料为ITO、IZO、 AZO、IWO、SnO₂、ZnO、Al₂O₃、导电金属中的其中一种，或其中两种以上的材料的混合物；可选的，所述隧穿层的厚度取值范围为[0nm,100nm]。

实施例二：

具体的，与实施例一不同的是，本发明实施例的太阳能叠层电池在所述N型硅基片下方依次设置有氧化硅钝化层、P型多晶硅钝化层和背减反层；若干底电极从所述P型多晶硅钝化层上出并穿过所述背减反层后伸出至所述底电池的外部。该结构的硅底电池为POLO结构太阳能电池。

本实用新型提供了一种太阳能叠层电池，其底电池采用的为硅底电池，其顶电池采用钙钛矿电池，硅底电池有着制造工艺成熟、稳定性好的特点，钙钛矿电池具有加工工艺简单的特点，二者结合形成的太阳能叠层电池，能够很好的兼顾光电效率、生产成本以及产品良率之间的平衡，此外，通过隧穿层对硅底电池和钙钛矿电池进行连接，可以实现载流子的高效隧穿复合，保证太阳能叠层电池的光电效率。

另外，以上对本实用新型实施例所提供的太阳能叠层电池进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种太阳能叠层电池，其特征在于，包括底电池、隧穿层和顶电池；

所述底电池为硅底电池，所述顶电池为钙钛矿电池；

2.如权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述硅底电池包括N型硅基片；所述N型多晶硅叠氧化硅表面结构设置在所述N型硅基片上方。

3.如权利要求2所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述N型硅基片下方依次设置有氧化硅钝化层、P型多晶硅钝化层和背减反层；

若干底电极从所述P型多晶硅钝化层引出并穿过所述背减反层后伸出至所述底电池的外部。

4.如权利要求2所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述N型硅基片下方依次设置有P型掺杂层、背钝化层和背减反层；

5.如权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述顶电池包括依次层叠设置的第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、缓冲层和透明窗口层；

所述透明窗口层的顶面引出有若干顶电极。

6.如权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述隧穿层的材料为ITO、IZO、AZO、IWO、SnO₂、ZnO、Al₂O₃、导电金属中的其中一种；

和/或所述隧穿层的厚度取值范围为[0nm,100nm]。

7.如权利要求5所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为PTAA、NiO_x、P3HT、V₂O₅、MoO_x、PEDOT:PSS、WO_x、CuSCN、Cu₂O、CuI、Spiro-TTB、自组装单层膜SAMs中的其中一种；

和/或所述第一载流子传输层的厚度为[0nm，200nm]。

8.如权利要求5所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的材料的化学通式为ABX₃，其中，A为一价阳离子，B为二价阳离子，X为一价阴离子；

和/或所述钙钛矿吸光层的厚度取值范围为[0.05μm，5μm]。

9.如权利要求5所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第二载流子传输层为电子传输层，所述第二载流子传输层的材料为SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂、富勒烯、富勒烯衍生物、TiSnO_x或SnZnO_x中的其中一种；

和/或所述第二载流子传输层的厚度取值范围为[0nm，200nm]。

10.如权利要求5所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述透明窗口层为ITO、IZO、AZO、IWO、导电金属中的其中一种；

和/或所述透明窗口层的厚度取值范围为[0nm，500nm]。