CN218831182U - 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于太阳能电池技术领域,提供了一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统。太阳能叠层电池包括依次层叠的第一电池、复合层和第二电池,第一电池包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、第一吸光层和第二传输层;第二电池包括沿从第一电池至复合层的方向依次层叠的第三传输层、第二吸光层、第四传输层和电极;第一吸光层包括第一区域和第二区域,第一区域设有钙钛矿吸光块,第二区域设有有机吸光块。如此,可以通过有机吸光块调整第一电池的带隙,选择性地对光线进行吸收和透射,使得第二电池充分吸收从第一电池透射的太阳光,有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。
Description
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域,尤其涉及一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统。
背景技术
太阳能电池发电为一种可持续的清洁能源来源,其利用半导体p-n结的光生伏特效应可以将太阳光转化成电能。
相关技术中通常将两个子电池层叠为叠层电池。然而,两种子电池中的一个为顶电池,另一个为底电池,对直接入射的太阳光的接收天然存在差异。而且,除了太阳光直接入射外,从一个子电池透射的太阳光也可入射至另一个子电池,而子电池通常难以大量透射太阳光,或者,子电池难以吸收从另一个子电池透射的太阳光。这些都严重影响叠层电池整体的光电转换效率。
基于此,如何提高叠层电池的整体的光电转换效率,成为了亟待解决的问题。
实用新型内容
本申请提供一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统,旨在解决如何提高叠层电池的整体的光电转换效率的问题。
本申请提供的太阳能叠层电池包括依次层叠的第一电池、复合层和第二电池,所述第一电池包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、第一吸光层和第二传输层;所述第二电池包括沿从所述第一电池至所述复合层的方向依次层叠的第三传输层、第二吸光层、第四传输层和电极;所述第一吸光层包括第一区域和第二区域,所述第一区域设有钙钛矿吸光块,所述第二区域设有有机吸光块。
可选地,所述钙钛矿吸光块的数量为一个,所述有机吸光块的数量为多个,多个所述有机吸光块被一个所述钙钛矿吸光块间隔。
可选地,所述有机吸光块在所述玻璃基底的投影呈圆形。
可选地,每个所述有机吸光块包括对应层叠的给体层和受体层,对于一个所述有机吸光块:
所述给体层为PTB7-Th层,所述受体层为IEICO-4F层;
或,所述给体层为PTB7-Th层,所述受体层为Y6层;
或,所述给体层为PM6层,所述受体层为Y7层;
或,所述给体层为PM6层,所述受体层为Y6层。
可选地,所述有机吸光块的厚度为80nm-500nm。
可选地,所述钙钛矿吸光块的厚度为300nm-600nm。
可选地,所述复合层的厚度为10nm-40nm。
可选地,所述电极的厚度为10nm-30nm。
本申请提供的电池组件,包括上述任一项的太阳能叠层电池。
本申请提供的光伏系统,包括上述的电池组件。
本申请实施例的太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统,由于第一吸光层包括钙钛矿吸光块和有机吸光块,故可以通过不同的吸光块对光线进行不同的吸收和透射,使得第二电池充分吸收从第一电池透射的太阳光,使得第一电池和第二电池的光生电流更加匹配,有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。
附图说明
图1是本申请实施例的太阳能叠层电池的结构示意图;
图2是本申请实施例的太阳能叠层电池的第一吸光层的结构示意图;
主要元件符号说明:
太阳能叠层电池100、第一电池10、玻璃基底11、导电层12、第一传输层 13、第一吸光层14、钙钛矿吸光块141、有机吸光块142、第二传输层15、复合层101、第二电池20、第三传输层21、第二吸光层22、第四传输层23、电极24。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请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申请,并不用于限定本申请。
本申请中,由于第一吸光层包括钙钛矿吸光块和有机吸光块,故可以通过不同的吸光块对光线进行不同的吸收和透射,使得第二电池充分吸收从第一电池透射的太阳光,有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。
实施例一
请参阅图1和图2,本申请实施例的太阳能叠层电池100,包括依次层叠的第一电池10、复合层101和第二电池20;第一电池10包括依次层叠的玻璃基底11、导电层12、第一传输层13、第一吸光层14和第二传输层15;第二电池 20包括沿从第一电池10至复合层101的方向依次层叠的第三传输层21、第二吸光层22、第四传输层23和电极24;第一吸光层14包括第一区域和第二区域,第一区域设有钙钛矿吸光块141,第二区域设有有机吸光块142。
本申请实施例的太阳能叠层电池100,由于第一吸光层14包括钙钛矿吸光块141和有机吸光块142,故可以通过不同的吸光块对光线进行不同的吸收和透射,使得第二电池20充分吸收从第一电池10透射的太阳光,有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。
可以理解,如果不设置有机吸光块142,第一吸光层14全部为钙钛矿层,那么,入射至第一电池10的太阳光中能被钙钛矿层吸收的光线会在第一吸光层14处全部被吸收,不可能透射至第二电池20的钙钛矿层。而第一电池10和第二电池20中的一个为底电池,另一个为顶电池,能够接收的太阳光天然存在差异。这样,在第一电池10和第二电池20通过复合层101导通的情况下,第一电池10和第二电池20的光生电流容易不适配,导致太阳能叠层电池100整体的光电转换效率较差。
可以理解,有机吸光块142也可以吸收光线,产生电流,只是吸光的波段和产生电流的效果与钙钛矿不同。本申请中,通过设置有机吸光块142,使得入射至有机吸光块142的太阳光中能被钙钛矿层吸收的光线会从有机吸光块 142透射,入射至第二电池20的钙钛矿层而被吸收,可以增大第二电池20的光生电流。这样,就可以利用有机吸光块142和钙钛矿的吸光差异,使得第一电池10和第二电池20的光生电流更加匹配,从而提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。
具体地,可通过调整有机吸光块142与钙钛矿吸光块141的面积比例,来调整有机吸光块142透射的光线量和产生的电流量,从而调整第一电池10和第二电池20的电流匹配度;可通过调整有机吸光块142的厚度,来调整有机吸光块142透射的光线量和产生的电流量,从而调整第一电池10和第二电池20的电流匹配度。
在本实施例中,有机吸光块142可吸收紫外光和红外光,透射可见光,可见光穿过第一电池10后,可入射至第二电池20,使得第二电池20对太阳光充分吸收。在其他的实施例中,有机吸光块142也可选择性透射其他波段的光。在此不对被有机吸光块142透射或吸收的光线的具体波段进行限定。
具体地,可通过调整有机吸光块142的材料浓度来调整有机吸光块142对光线的吸收和透射;可通过调整有机吸光块142的厚度来调整有机吸光块142 对光线的吸收和透射。
具体地,玻璃基底11可为透明玻璃基底11。进一步地,玻璃基底11的透过率可大于90%。例如为90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、100%。如此,玻璃基底11的透光率高,可以使得更多的太阳光进入到太阳能叠层电池100,有利于提高光电转换效率。优选地,玻璃基底11的透光率为92%。
具体地,玻璃基底11包括浮法玻璃、压花玻璃、钢化玻璃、增透玻璃、PET、 PEN、PEI、PMMA中的一种或多种。如此,提供了多种形式的玻璃基底11,便于根据实际生产情况进行选择。
具体地,导电层12包括透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)。如此,TCO能够有效收集太阳能叠层电池100的电流,保证了太阳能叠层电池100的正常工作。而且,TCO具有高透过性且可以减反射,可以让减少太阳光的损失。这样,有利于提高光电转换效率。
进一步地,透明导电氧化物包括氟掺杂氧化锡(Fluorine doped Tin Oxide,FTO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide,IZO)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)、铝掺杂氧化锌(Aluminum doped Zinc Oxide,AZO)、铝掺氧化锡(Aluminum doped Tin Oxide,ATO)、铟掺氧化镓(Indium doped Gallium Oxide,IGO)中的一种或多种。
具体地,第一传输层13和第二传输层15中的一种为电子传输层,另一种为空穴传输层。
进一步地,电子传输层包括C60层、PCBM层、氧化钛(TiO2)层、氧化锌(ZnO)层、锡酸锌(ZnSnO4)层或氧化锡(SnO2)层中的一种或多种。
进一步地,空穴传输层包括PEDOT:PSS层、NiOx层、Spiro-oMeTad层、 CuPc层、CuSCN层、PTAA层中的一种或多种。
如此,可以通过第一传输层13和第二传输层15及时传输被阳光激发出的空穴和电子,避免空穴和电子累积影响太阳能叠层电池100的寿命。而且,空穴传输层还可以阻挡电子,电子传输层还可以阻挡空穴,从而减小空穴和电子复合。
进一步地,第一传输层13的厚度为10nm-40nm。例如为10nm、15nm、20nm、30nm、40nm。如此,使得第一传输层13的厚度处于合适范围,保证传输一种载流子并阻挡另一种载流子的效果。
进一步地,第二传输层15的厚度为10nm-40nm。例如为10nm、15nm、 20nm、30nm、40nm。如此,使得第二传输层15的厚度处于合适范围,保证传输一种载流子并阻挡另一种载流子的效果。
具体地,第一吸光层14分为第一区域和第二区域,第一区域为设置钙钛矿吸光块141的区域,第二区域为设置有机吸光块142的区域。如此,第一吸光层14不包括除第一区域和第二区域以外的其他区域,可以充分利用第一吸光层 14的空间设置钙钛矿吸光块141和有机吸光块142,从而可以充分提高吸光的效果。在其他的实施例中,第一吸光层14还可包括除第一区域和第二区域外的其他区域。
请注意,由于第一区域为设置钙钛矿吸光块141的区域,第二区域为设置有机吸光块142的区域,故第一区域和第二区域的分布,与钙钛矿吸光块141 和有机吸光块142的分布对应,可相互参照,本文仅说明钙钛矿吸光块141和有机吸光块142的分布。
具体地,钙钛矿吸光块141的材料的晶体结构为ABX3型,A为Cs+、CH(NH2)2 +、 CH3NH3 +、C(NH2)3 +中的一种或多种,B为Pb2+、Sn2+中的至少一种,所述X为Br-、 I-、Cl-中的一种或多种。如此,使得钙钛矿吸光块141的吸光效果较好,有利于提高光电转换效率。
例如,A为Cs+,B为Pb2+,X为Br-;又如,A为Cs+和CH(NH2)2 +,B为Pb2+, X为Br-;再如,A为Cs+,B为Pb2+和Sn2+,X为Br-;例如,A为Cs+,B为Pb2+, X为Br-和I-;又如,A为CH3NH3 +和C(NH2)3 +,B为Pb2+,X为I-和Cl-;再如,A 为Cs+、CH(NH2)2 +、CH3NH3 +和C(NH2)3 +,B为Pb2+和Sn2+,X为Br-、I-和Cl-。
具体地,复合层101为ITO层、银层或层叠的ITO层和银层。如此,使得第一电池10和第二电池20电性导通,保证太阳能叠层电池100的正常功能。
具体地,第三传输层21和第四传输层23与前文的第一传输层13和第二传输层15类似,关于第三传输层21和第四传输层23的解释和说明可参照前文,为避免冗余,在此不再赘述。
在本实施例中,第二吸光层22为钙钛矿层。关于第二吸光层22的解释和说明可参照前文关于钙钛矿吸光块141的部分,为避免冗余,在此不再赘述。
在其他的实施例中,第二吸光层22可包括钙钛矿吸光块141和有机吸光块 142。关于第二吸光层22的解释和说明可参照前文关于第一吸光层14的部分,为避免冗余,在此不再赘述。
具体地,电极24包括金、银、铝、石墨烯中的一种或多种。如此,电极 24的导电性能较好,能够将电流从太阳能叠层电池100导出。
可选地,在制作太阳能叠层电池100时,可清洗带有导电层12的玻璃基底 11;在导电层12上沉积第一传输层13;在第一传输层13的第一区域和第二区域分别沉积钙钛矿吸光块141和有机吸光块142,形成第一吸光层14;在第一吸光层14上沉积第二传输层15;在第二传输层15上沉积复合层101;在复合层101上沉积第三传输层21;在第三传输层21上沉积第二吸光层22;在第二吸光层22上沉积第四传输层23;在第四传输层23上沉积电极24。
具体地,在清洗带有导电层12的玻璃基底11时,可依次利用无磷清洁剂、去离子水、丙酮、IPA以超声清洗带有导电层12的玻璃基底11;再利用高纯氮气吹洗。进一步地,超声清洗的时长为10min-20min,例如为12min、15min、 18min、20min。优选地,超声清洗的时长为15min。如此,使得清洗效果更好,便于后续的膜层的沉积。
具体地,在沉积上述的一种膜层时,可采用溶液涂布法、物理气相沉积法、丝网印刷法、化学气相沉积、电镀、化学镀、离子镀中的一种或多种。
具体地,可利用掩膜在第一传输层13的第一区域和第二区域分别沉积钙钛矿吸光块141和有机吸光块142。掩膜可为预定的图形。可根据所需的有机吸光块142的位置和形态定制掩膜。
实施例二
请参阅图2,在一些可选实施例中,钙钛矿吸光块141的数量为一个,有机吸光块142的数量为多个,多个有机吸光块142被一个钙钛矿吸光块141间隔。
如此,便于实现有机吸光块142和钙钛矿吸光的交错分布,有利于提高生产效率。而且,由于有机吸光块142的数量为多个,故可以在多个位置进行光线的选择性吸收和透射,能够更加灵活地调整有机吸光块142透射的光线量和产生的电流量,使得电流匹配的效果更好。
在其他的实施例中,也可以是,钙钛矿吸光块141的数量为多个,有机吸光块142的数量为一个,多个钙钛矿吸光块141被一整块有机吸光块142间隔。在其他的实施例中,也可以是,钙钛矿吸光块141的数量为多个,有机吸光块 142的数量为多个,多个钙钛矿吸光块141和多个有机吸光块142交错分布。在此不对钙钛矿吸光块141和有机吸光块142的具体分布方式进行限定。
在本实施例中,利用掩膜,在第一区域制作钙钛矿吸光块141,在第二区域制作有机吸光块142。如此,使得钙钛矿吸光块141和有机吸光块142的位置更加准确。
在其他的实施例中,也可以是,制作整层的钙钛矿吸光层,在整层钙钛矿吸光层的多个第二区域开设通孔,在通孔内设置有机吸光块142,通孔外的钙钛矿吸光层为一块钙钛矿吸光块141。
在本实施例中,至少两组相邻的有机吸光块142的间距相同。优选地,任意两组相邻的有机吸光块142的间距相同。如此,使得有机吸光块142均匀分布,从而使得对光线的选择性吸收和透射的区域更加均匀,效果更好,有利于提高光电转换效率。
在其他的实施例中,也可存在间距不同的两组相邻的有机吸光块142。
实施例三
请参阅图2,在一些可选实施例中,有机吸光块142在玻璃基底11的投影呈圆形。
如此,有机吸光块142的形态较为规则,便于制作,有利于提高生产效率。
在其他的实施例中,有机吸光块142在玻璃基底11的投影也可为矩形、正方形、椭圆形、三角形、跑道型或其他形状,在此不进行限定。
具体地,全部的有机吸光块142在玻璃基底11的投影均呈圆形,且直径相同。如此,便于制作,而且,便于以有机吸光块142为单位调整电流匹配。
在其他的实施例中,也可以是,全部的有机吸光块142的形态均不同;也可以是,部分的有机吸光块142的形态相同,其余的有机吸光块142的形态不同;也可以是,全部的有机吸光块142的形态均相同,但尺寸均不同。在此不对多个有机吸光块142的形态和尺寸的关系进行限定。
实施例四
在一些可选实施例中,每个有机吸光块142包括对应层叠的给体层和受体层,对于一个有机吸光块142:
给体层为PTB7-Th层,受体层为IEICO-4F层;
或,给体层为PTB7-Th层,受体层为Y6层;
或,给体层为PM6层,受体层为Y7层;
或,给体层为PM6层,受体层为Y6层。
如此,有机吸光块142的给体层和受体层的材料更加合适,使得有机吸光块142对光线的吸收和透射的能力处于合适的程度,有利于调整第一电池10 和第二电池20的电流匹配度。
请注意,上述四组情况是针对一个有机吸光块142而言的,也即是说,对于一个有机吸光块142,给体层和受体层为这四组情况中的一组。
在有机吸光块142的数量为多个的情况下,对于全部的有机吸光块142而言,可全部的有机吸光块142相同,为这四组情况中的一组;也可部分的有机吸光块142相同,为这四组情况中的一组;也可全部的有机吸光块142不同,分别为这四组情况中的多组。在此不进行限定。
实施例五
在一些可选实施例中,有机吸光块142的厚度为80nm-500nm。例如为 80nm、90nm、100nm、250nm、400nm、500nm。
如此,使得有机吸光块142的厚度处于合适范围,避免了有机吸光块142 的厚度过大或过小导致的电流匹配的效果较差,有利于提高整体的光电转换效率。
实施例六
在一些可选实施例中,钙钛矿吸光块141的厚度为300nm-600nm。例如为 300nm、400nm、500nm、600nm。
如此,使得钙钛矿吸光块141的厚度处于合适范围,使得吸光效果较好,有利于提高第一电池10的光电转换效率。
实施例七
在一些可选实施例中,复合层101的厚度为10nm-40nm。例如为10nm、 15nm、20nm、30nm、40nm。
如此,使得复合层101的厚度处于合适范围,可以避免厚度过小导致的导电效果较差,也可以避免厚度过大导致的材料浪费。
实施例八
在一些可选实施例中,电极24的厚度为10nm-30nm。例如为10nm、15nm、 20nm、25nm、30nm。
如此,使得电极24的厚度处于合适范围,可以避免厚度过小导致的将电流导出的效果较差,也可以避免厚度过大导致的材料浪费。
实施例九
在一些可选实施例中,有机吸光块142包括受体层和对应的给体层,受体层的材料的吸收边为700nm-1200nm。例如为700nm、800nm、1000nm、1100nm、 1200nm。
如此,使得受体层的材料的吸收边处于合适范围,从而使得受体层的材料较为合适,有利于提高电流匹配的效果。
实施例十
本申请实施例的电池组件,包括实施例一至实施例九任一项的太阳能叠层电池100。
本申请实施例的电池组件,由于第一吸光层14包括钙钛矿吸光块141和有机吸光块142,故可以通过不同的吸光块对光线进行不同的吸收和透射,使得第二电池20充分吸收从第一电池10透射的太阳光,有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。
在本实施例中,电池组件中的多个太阳能叠层电池100可依次串接在一起从而实现形成电池串,从而实现电流的串联汇流输出,例如,可通过设置焊带 (汇流条、互联条)、导电背板等方式来实现电池片的串接。
可以理解的是,在这样的实施例中,电池组件还可包括金属框架、背板、光伏玻璃和胶膜。胶膜可填充在太阳能叠层电池100正面和背面及光伏玻璃、相邻电池片等之间,作为填充物,其可为良好的透光性能和耐老化性能的透明胶体,例如胶膜可采用EVA胶膜或者POE胶膜,具体可根据实际情况进行选择,在此不作限制。
光伏玻璃可覆盖在太阳能叠层电池100的正面的胶膜上,光伏玻璃可为超白玻璃,其具有高透光率、高透明性,并且具有优越的物理、机械以及光学性能,例如,超白玻璃的透光率可达92%以上,其可在尽可能不影响太阳能叠层电池100的效率的情况下对太阳能叠层电池100进行保护。同时,胶膜可将光伏玻璃和太阳能叠层电池100黏合在一起,胶膜的存在可以对太阳能叠层电池 100进行密封绝缘以及防水防潮。
背板可贴附在太阳能叠层电池100背面的胶膜上,背板可以对太阳能叠层电池100起保护和支撑作用,具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性,背板可以有多重选择,通常可为钢化玻璃、有机玻璃、铝合金TPT复合胶膜等,其具体可根据具体情况进行设置,在此不作限制。背板、太阳能叠层电池100、胶膜以及光伏玻璃组成的整体可设置在金属框架上,金属框架作为整个电池组件的主要外部支撑结构,且可为电池组件进行稳定的支撑和安装,例如,可通过金属框架将电池组件安装在所需要安装的位置。
实施例十一
本申请实施例的光伏系统,包括实施例十的电池组件。
本申请实施例的光伏系统,由于第一吸光层14包括钙钛矿吸光块141和有机吸光块142,故可以通过不同的吸光块对光线进行不同的吸收和透射,使得第二电池20充分吸收从第一电池10透射的太阳光,有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。
在本实施例中,光伏系统可应用在光伏电站中,例如地面电站、屋顶电站、水面电站等,也可应用在利用太阳能进行发电的设备或者装置上,例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能建筑等等。当然,可以理解的是,光伏系统的应用场景不限于此,也即是说,光伏系统可应用在需要采用太阳能进行发电的所有领域中。以光伏发电系统网为例,光伏系统可包括光伏阵列、汇流箱和逆变器,光伏阵列可为多个电池组件的阵列组合,例如,多个电池组件可组成多个光伏阵列,光伏阵列连接汇流箱,汇流箱可对光伏阵列所产生的电流进行汇流,汇流后的电流流经逆变器转换成市电电网要求的交流电之后接入市电网络以实现太阳能供电。
以上仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。而且,本申请各实施例或示例中描述的具体特征、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。
Claims (10)
1.一种太阳能叠层电池,其特征在于,包括依次层叠的第一电池、复合层和第二电池,所述第一电池包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、第一吸光层和第二传输层;所述第二电池包括沿从所述第一电池至所述复合层的方向依次层叠的第三传输层、第二吸光层、第四传输层和电极;所述第一吸光层包括第一区域和第二区域,所述第一区域设有钙钛矿吸光块,所述第二区域设有有机吸光块。
2.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述钙钛矿吸光块的数量为一个,所述有机吸光块的数量为多个,多个所述有机吸光块被一个所述钙钛矿吸光块间隔。
3.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述有机吸光块在所述玻璃基底的投影呈圆形。
4.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,每个所述有机吸光块包括对应层叠的给体层和受体层,对于一个所述有机吸光块:
所述给体层为PTB7-Th层,所述受体层为IEICO-4F层;
或,所述给体层为PTB7-Th层,所述受体层为Y6层;
或,所述给体层为PM6层,所述受体层为Y7层;
或,所述给体层为PM6层,所述受体层为Y6层。
5.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述有机吸光块的厚度为80nm-500nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述钙钛矿吸光块的厚度为300nm-600nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述复合层的厚度为10nm-40nm。
8.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池,其特征在于,所述电极的厚度为10nm-30nm。
9.一种电池组件,其特征在于,包括权利要求1-8任一项所述的太阳能叠层电池。
10.一种光伏系统,其特征在于,包括权利要求9所述的电池组件。
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CN202222666388.1U CN218831182U (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统 |
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