CN219628266U - 一种叉指背接触太阳能电池、电池组件和光伏系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于太阳能电池技术领域，提供了一种叉指背接触太阳能电池、电池组件和光伏系统。叉指背接触太阳能电池包括依次层叠设置的基底层、有机吸光层、传输层和电极层，所述传输层包括间隔交替设置的电子传输层和空穴传输层。如此，将叉指背接触电池技术和有机太阳能电池相结合，不仅能够有效增大有机吸光层的进光量，提升有机太阳能电池的光电转换效率，而且有机吸光层还可用于吸收弱光以提升叉指背接触太阳能电池的性能。

Description

一种叉指背接触太阳能电池、电池组件和光伏系统

技术领域

本实用新型属于太阳能电池领域，尤其涉及一种叉指背接触太阳能电池、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。

相关技术中的叠层电池可包括有机吸光层，有机吸光层可对太阳光进行吸收和透射，从有机吸光层透射的太阳光会入射至另一子电池的吸光层。传统有机太阳能电池的正面入光面会有TCO及传输层的寄生吸收，会导致有机吸光层能力下降。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种叉指背接触太阳能电池、电池组件和光伏系统，旨在解决传统有机太阳能电池吸光能力弱的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，本实用新型提供的叉指背接触太阳能电池包括依次层叠设置的基底层、有机吸光层、传输层和电极层，所述传输层包括间隔交替设置的电子传输层和空穴传输层。

更进一步地，所述有机吸光层的厚度为80nm～130nm。

更进一步地，所述有机吸光层包括给体和受体，所述给体由P型材料制备而成，所述P型材料为PM6、PM7、PTB7-TH、D18中的一种。

更进一步地，所述受体由N型材料制备而成，所述N型材料为IEICO-4F、IT-4F、Y6、Y7、ITIC中的一种。

更进一步地，所述空穴传输层和所述电子传输层的厚度均为20nm～50nm。

更进一步地，所述电极层包括负电极和正电极，所述负电极设置在所述电子传输层上，所述正电极设置在所述空穴传输层上。

更进一步地，所述空穴传输层的材料为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、NiOx层、MoO₃层、CuSCN层中的至少一种。

更进一步地，所述电子传输层的材料ZnO层、SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的至少一种。

本实用新型还提供一种电池组件，电池组件包括上述任一项的叉指背接触太阳能电池。

本实用新型还提供一种光伏系统，光伏系统包括上述的电池组件。

本实用新型所达到的有益效果是：将叉指背接触电池技术和有机太阳能电池相结合，不仅能够有效增大有机吸光层的进光量，提升有机太阳能电池的光电转换效率，而且有机吸光层还可用于吸收弱光以提升叉指背接触太阳能电池的性能。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本申请实施例提供的光伏系统的模块示意图；

图2是本申请实施例提供的电池组件的模块示意图；

图3是本申请实施例提供的叉指背接触太阳能电池的剖面示意图。

主要元件符号说明：

光伏系统1000、电池组件100、叉指背接触太阳能电池10、基底层11、有机吸光层12、传输层13、电子传输层131、空穴传输层132、沟槽101、电极层14、负电极141、正电极142。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。此外，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用场景。

实施例一

请参阅图1和图2，本申请实施例中的光伏系统1000可包括本申请实施例中的电池组件100，本申请实施例中的电池组件100可包括本申请实施例中的叉指背接触太阳能电池10。

请参阅图3，叉指背接触太阳能电池10包括依次层叠设置的基底层11、有机吸光层12、传输层13和电极层14，传输层13包括间隔交替设置的电子传输层131和空穴传输层132。

如此，将叉指背接触电池技术和有机太阳能电池相结合，不仅能够有效增大有机吸光层12的进光量，提升有机太阳能电池的光电转换效率，而且有机吸光层12可用于吸收弱光以提升叉指背接触太阳能电池10的性能。

具体地，基底层11所在的一侧为整个叉指背接触太阳能电池10的正面，有机吸光层12朝向基底层11的一侧即为有机吸光层12的受光面。其中，基底层11可选用玻璃材料制成，玻璃制成的基底层11的透光率高，可以使得更多的太阳光进入到叉指背接触太阳能电池10，从而提高光电转换效率。

在一些实施例中，基底层11可以包括浮法玻璃、压花玻璃、钢化玻璃、增透玻璃、PET、PEN、PEI、PMMA中的一种或多种，用户可根据实际生产情况进行选择基底层11的材料。

再有，有机吸光层12可以包括给体和受体，将给体与受体溶解均匀后制备成溶液，最后溶液沉积以形成沉积层。其中，有机吸光层12在室内或是弱光环境下可具有较好的吸收效率。

在叉指背接触太阳能电池10中，由于基底层11上背离有机吸光层12的一侧(电池的正面)上没有金属电极的遮挡，使得叉指背接触太阳能电池10的正面的有效受光面积区域最大化。将有机吸光层12设置在基底层11上背离叉指背接触太阳能电池10受光面的一侧，可使得有机吸光层12的吸光效果较高，同时有机吸光层12的设置还能够保证叉指背接触太阳能电池10在室内或其他弱光环境下仍具有较高的光电转换效率。

再有，电子传输层131和空穴传输层132可沿水平方向间隔交替设置在叉指背接触太阳能电池10的背面。具体地，电子传输层131和空穴传输层132交替设置，是指相邻的两个电子传输层131之间设有一个空穴传输层132，相邻的两个空穴传输层132之间设有一个电子传输层131。可以理解的是，电子传输层131是指能够传输电子载流子的膜层，空穴传输层132是指能够传输空穴载流子的膜层。

请参阅图3，在一些实施例中，电子传输层131和空穴传输层132之间可通过沟槽101进行隔离。如此，通过沟槽101使得电子传输层131与空穴传输层132绝缘隔离，从而保证叉指背接触太阳能电池10的正常工作，并且，利用沟槽101进行电子传输层131和空穴传输层132的隔离也便于制作(只需利用掩膜板来对电子传输层131和空穴传输层132进行沉积即可)，有利于提高生产效率。

具体地，可利用掩膜版覆盖沟槽101对应的区域，露出电子传输层131与空穴传输层132对应的区域，并在露出的区域上制备电子传输层131与空穴传输层132。进一步地，第一掩膜版包含A区，A区为电子传输层区，各A区宽度相同。第二掩膜版包含B区，B区为空穴传输层区，各B区宽度相同。第一掩膜版与第二掩膜版结构相同且位置相对。在第一掩膜版上，B区的位置为镂空，在第二掩膜版上，A区的位置为镂空，形成A区与B区相交叉的结构。可利用第一掩膜版对电子传输层131进行沉积，利用第二掩膜版对空穴传输层132进行沉积。

再有，电极层14的材料可以为金、银、铝或石墨烯中的一种或多种。如此，选用导电性能较好的材料制成的电极层14，能够更好地将电流从叉指背接触太阳能电池10导出。

在某些实施例中，电极层14的厚度为10nm-30nm。例如电极层14的厚度可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、或是上述任意两个数值所界定的数值范围内的任意值。如此，可以避免电极层14厚度过小导致电流导出的效果较差，也可以避免电极层14厚度过大导致材料浪费。

进一步地，可以理解的是，在本申请的实施例中，电池组件100还可包括金属框架、背板、光伏玻璃和胶膜(图均未示出)。胶膜可填充在叉指背接触太阳能电池10的正面和背面、光伏玻璃、背板以及相邻电池片等之间，胶膜可选用具有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。

光伏玻璃可覆盖在叉指背接触太阳能电池10的正面上，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叉指背接触太阳能电池10的效率的情况下对叉指背接触太阳能电池10进行保护。同时，胶膜可将光伏玻璃和叉指背接触太阳能电池10黏合在一起，胶膜的存在可以对叉指背接触太阳能电池10进行密封绝缘以实现防水防潮。

背板可贴附在叉指背接触太阳能电池10的背面上，背板可以对叉指背接触太阳能电池10起保护和支撑作用，背板具有可靠的绝缘性、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，具体可根据具体情况进行设置，在此不作限制。背板、叉指背接触太阳能电池10、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100的主要外部支撑结构，可为电池组件100提供稳定的支撑和安装，例如，可通过金属框架将电池组件100安装在所需要安装的位置。

进一步地，在本实施例中，光伏系统1000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1000的应用场景不限于此，也即是说，光伏系统1000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1000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100的阵列组合，例如，多个电池组件100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。

实施例二

在一些实施例中，有机吸光层12的厚度为80nm～130nm。如此，将有机吸光层12的厚度设置在合适的范围，使得叉指背接触太阳能电池10对光线的吸收和透射的效果较为合适，有效保证叉指背接触太阳能电池10的光电转换效率。

具体地，有机吸光层12的厚度可以为80nm、90nm、100nm、110nm、120nm和130nm，或者，有机吸光层12的厚度可以为上述任意两个数值所界定的数值范围内的任意值。

其中，当有机吸光层12的厚度小于80nm时，有机吸光层12过薄导致吸光效果较差，从而使得叉指背接触太阳能电池10产生的电流较小；当有机吸光层12的厚度大于130nm时，由于基子的扩散长度较短，导致基子拆分后难以扩散到电子传输层131或空穴传输层132处。

实施例三

在一些实施例中，有机吸光层12包括给体和受体(图未示)，给体由P型材料制备而成，P型材料为PM6、PM7、PTB7-TH、D18中的一种。

如此，选用合适的P型材料使得给体对光线进行吸收和透射的效果较为合适，可以吸收光线以产生电流，有利于提高整体的光电转换效率。

其中，P型材料的HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占分子轨道)能级范围为-3～-6ev。

实施例四在一些实施例中，受体由N型材料制备而成，N型材料为IEICO-4F、IT-4F、Y6、Y7、ITIC中的一种。

如此，选用合适的N型材料使得受体对光线进行吸收和透射的效果较为合适，可以吸收光线以产生电流，有利于提高整体的光电转换效率。

其中，N型材料的HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占分子轨道)能级范围为-3.5～-6.5ev。

实施例五

在一些实施例中，空穴传输层132和电子传输层131的厚度均为20nm～50nm。

如此，将空穴传输层132和电子传输层131的厚度设置在这一合适的范围内，可以保证空穴和电子的传输效果，还可以避免空穴传输层132和电子传输层131的厚度太厚而导致整体厚度较厚进而导致成本升高。

具体地，在这样的实施例中，空穴传输层132和电子传输层131的厚度可以为20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、或是上述任意两个数值所界定的数值范围内的任意值，在此不作限制。

实施例六

请参阅图3，在一些实施例中，电极层14可以包括负电极141和正电极142，负电极141设置在电子传输层131上，正电极142设置在空穴传输层132上。

如此，负电极141和正电极142分别设置在电子传输层131和空穴传输层132上(即负电极141和正电极142均位于有机吸光层12的背面)，无需在基底层11上沉积设置TCO导电薄膜电极，可以进一步减少寄生吸收，有效增大有机吸光层12的进光量，提高叉指背接触太阳能电池10的光电转换效率。

实施例七

在一些实施例中，空穴传输层132的材料为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、NiOx层、MoO₃层、CuSCN层中的至少一种。

如此，可使得空穴传输层132适合传输空穴，阻挡电子的效果较好。同时，使得空穴传输层132与电极层14和有机吸光层12的配合较好，有利于提高叉指背接触太阳能电池10的光电转换效率。

实施例八

在一些实施例中，电子传输层131的材料为ZnO层、SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的至少一种。

如此，可使得电子传输层131适合传输电子，且阻挡空穴的效果较好。同时，使得电子传输层131与电极层14和有机吸光层12的配合较好，有利于提高叉指背接触太阳能电池10的光电转换效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，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。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叉指背接触太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的基底层、有机吸光层、传输层和电极层，所述传输层包括间隔交替设置的电子传输层和空穴传输层。

2.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述有机吸光层的厚度为80nm～130nm。

3.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述有机吸光层包括给体和受体，所述给体由P型材料制备而成，所述P型材料为PM6、PM7、PTB7-TH、D18中的一种。

4.根据权利要求3所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述受体由N型材料制备而成，所述N型材料为IEICO-4F、IT-4F、Y6、Y7、ITIC中的一种。

5.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层和所述电子传输层的厚度均为20nm～50nm。

6.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述电极层包括负电极和正电极，所述负电极设置在所述电子传输层上，所述正电极设置在所述空穴传输层上。

7.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、NiOx层、MoO₃层、CuSCN层中的一种。

8.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为ZnO层、SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的一种。

9.一种电池组件，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的叉指背接触太阳能电池。

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。