CN220422355U - 钙钛矿太阳能电池、掩膜、太阳能电池组件和光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于太阳能光伏领域，提供了一种钙钛矿太阳能电池、一种掩膜、一种太阳能电池组件和一种光伏系统，所述钙钛矿太阳能电池从下到上包括硅基体、第一透明导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层、第二透明导电层、陷光结构和金属电极。第二透明导电层和陷光结构共同构成了复合透明导电层。得益于复合透明导电层，尤其是陷光结构的特殊结构，可以有效减少光线的反射，以达到陷光效果，由此提升钙钛矿电池的光电转换效率。

Description

钙钛矿太阳能电池、掩膜、太阳能电池组件和光伏系统

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池、一种掩膜、一种太阳能电池组件和一种光伏系统。

背景技术

近年来，叠层钙钛矿太阳能电池的技术发展突飞猛进，效率一路攀升至32％以上，为了能够实现钙钛矿太阳能电池的商业化应用，器件的功率转换效率和稳定性成为目前重点关注的两大目标。用于提升器件功率转换效率的优化策略层出不穷，但仍然会造成器件在一定程度上的开压和电流的损失。

目前，改善钙钛矿太阳能电池功率转换效率的主要方向改善上叠层钙钛矿太阳能电池的界面缺陷，其中主要依赖于以下两种优化方式：首先，是添加剂工程，通过在顶电池钙钛矿电池的各个结构层中添加功能材料，修饰结构层材料中存在的结构缺陷，降低复合中心密度，增大载流子的传输效率；其次，通过界面工程使顶电池的各结构层之间的界面层进行钝化，改善界面层之间的接触势垒和缺陷，降低载流子传输过程中的能量损耗，增大载流子在界面处的传输效率。但是，综合上述改善钙钛矿太阳能电池性能的方案均可以使其效率表现出明显的提升，但是提升器件性能的同时会带来很多不可预估的材料残留在钙钛矿太阳能电池的结构中，很可能会加速器件的降解，降低器件的使用寿命。在钙钛矿太阳能电池的研究过程中，存在一个严重影响其功率转换因素被忽略，即顶电池的光吸收问题。当顶电池不能吸收和透过更多的足够的太阳光，则无法使底层电池发挥到最大的作用，当然同样不可能使钙钛矿太阳能电池的功率转换效率达到最高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种钙钛矿太阳能电池，旨在解决顶电池的光吸收问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种钙钛矿太阳能电池，从下到上包括硅基体、第一透明导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层、第二透明导电层、陷光结构和金属电极。

更进一步地，所述陷光结构为半球体阵列结构、金字塔状阵列结构、三角锥状阵列结构、长方体状阵列结构、圆锥体状阵列结构或截锥体状阵列结构。

更进一步地，所述第一载流子传输层为空穴传输层且所述第二载流子传输层为电子传输层；或

所述第一载流子传输层为电子传输层且所述第二载流子传输层为空穴传输层。

更进一步地，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层和所述陷光结构独立地由ITO、FTO、IZO、AZO、ATO、IWO或ICO制成。

更进一步地，所述陷光结构的底部到顶端之间的距离介于10nm至100nm之间。

本实用新型实施例还提供了一种掩膜，用于制备如本实用新型的钙钛矿太阳能电池，所述掩膜具有网格状，且所述掩膜具有圆形、三角形、正方形、长方形或六边形的孔洞。

更进一步地，所述掩膜由玻璃或树脂制成。

本实用新型实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括根据本实用新型的钙钛矿太阳能电池。

本实用新型实施例还提供了一种光伏系统，包括根据本实用新型的太阳能电池组件。

第二透明导电层和陷光结构共同构成了复合透明导电层。当来自外部的光线照射在钙钛矿太阳能电池的表面上时，得益于复合透明导电层，尤其是陷光结构的特殊结构，可以有效减少光线的反射，以达到陷光效果，由此提升钙钛矿电池的光电转换效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。

图2是本实用新型实施例二提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。

图3是本实用新型实施例三提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。

其中，图中的附图标记：硅基体S1、第一透明导电层S2、第一载流子传输层S3、钙钛矿活性层S4、第二载流子传输层S5、第二透明导电层S6、陷光结构S7和金属电极S8；陷光结构底部到顶端之间的距离a。

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。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。

本实用新型提供的钙钛矿叠层电池具有陷光结构，这样的陷光结构能减少太阳光在器件表面的反射率，使更多的太阳光达到钙钛矿层和Si电池。基于上述效果可以使电池中激发更多的载流子，增强载流子的传输和收集效率，提升钙钛矿太阳能电池的功率转换效率。

实施例一

实施例一提供了一种钙钛矿太阳能电池，参考图1，其为钙钛矿太阳能电池的截面图，从下到上包括：硅基体S1、第一透明导电层S2、第一载流子传输层S3、钙钛矿活性层S4、第二载流子传输层S5、第二透明导电层S6、陷光结构S7和金属电极S8。

本实施例中的第一载流子传输层S3为电子传输层，且第二载流子传输层S5为空穴传输层。其中电子传输层由无机材料，如SnO₂制成。可以理解的是，电子传输层还可以由任何现有技术中合适的材料，如富勒烯或富勒烯的衍生物PCBM制成。且空穴传输层由NiO_X制成。可以理解的是，空穴传输层还可以由TiO₂、Nb₂O₅、CuSCN、CuI、V₂O₅、Cu₂O或Spiro-oMeTad制成。

本实施例中陷光结构S7为半球体阵列结构，在图1截面图中呈现出半圆形阵列排布。通过掩膜法制备陷光结构S7，具体而言，本实施例中的掩膜具有圆形的孔洞。在掩膜覆盖在第二透明导电层S6的条件下，通过物理气相沉积法(PVD)沉积陷光结构S7，即可以在第二透明导电层S6上形成具有半球体阵列结构的陷光结构S7。

本实施例中的第一透明导电层S2、第二透明导电层S6和陷光结构S7均由ITO制成。在其它实施例中，第一透明导电层S2、第二透明导电层S6和陷光结构S7独立地由FTO、IZO、AZO、ATO、IWO或ICO制成。

本实施例中的第二透明导电层S6和陷光结构S7共同构成了复合透明导电层。当来自外部的光线照射在钙钛矿太阳能电池的表面上时，得益于复合透明导电层，尤其是陷光结构S7的特殊结构，可以有效减少光线的反射，以达到陷光效果，由此提升钙钛矿电池的光电转换效率。

而且当使用复合透明导电层连接金属电极S8时，由于两者之间良好的欧姆接触可以极大程度减少金属电极的覆盖面积，增大钙钛矿太阳能电池的受光面积，进而提升太阳能电池的光电性能。

实施例二

实施例二提供了一种钙钛矿太阳能电池，参考图2，其为钙钛矿太阳能电池的截面图，从下到上包括：硅基体S1、第一透明导电层S2、第一载流子传输层S3、钙钛矿活性层S4、第二载流子传输层S5、第二透明导电层S6、陷光结构S7和金属电极S8。

与上述实施例类似，本实施例中的第一载流子传输层S3为电子传输层，且第二载流子传输层S5为空穴传输层。

本实施例中陷光结构S7为金字塔状阵列结构，在图2截面图中呈现出三角形阵列排布。通过掩膜法制备陷光结构S7，具体而言，本实施例中的掩膜具有正方形的孔洞。在掩膜覆盖在第二透明导电层S6的条件下，通过物理气相沉积法(PVD)沉积陷光结构S7，即可以在第二透明导电层S6上形成具有金字塔状阵列结构的陷光结构S7。

而且本实施例中陷光结构S7的底端与顶端之间的距离a为80nm，如图2所示。在其它实施例中，陷光结构的底端与顶端之间的距离a还可以是介于10nm至100nm之间，如20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、90nm。

本实施例中的第二透明导电层S6和陷光结构S7共同构成了复合透明导电层。当来自外部的光线照射在钙钛矿太阳能电池的表面上时，得益于复合透明导电层，尤其是陷光结构S7的特殊结构，可以有效减少光线的反射，以达到陷光效果，由此提升钙钛矿电池的光电转换效率。

而且当使用复合透明导电层连接金属电极S8时，由于两者之间良好的欧姆接触可以极大程度减少金属电极的覆盖面积，增大钙钛矿太阳能电池的受光面积，进而提升太阳能电池的光电性能。

实施例三

实施例三提供了一种钙钛矿太阳能电池，参考图3，其为钙钛矿太阳能电池的截面图，从下到上包括：硅基体S1、第一透明导电层S2、第一载流子传输层S3、钙钛矿活性层S4、第二载流子传输层S5、第二透明导电层S6、陷光结构S7和金属电极S8。

与上述实施例不同的是，本实施例中的陷光结构S7为长方体状阵列结构。通过掩膜法制备陷光结构S7，具体而言，本实施例中的掩膜具有矩形的孔洞，且掩膜由玻璃制成。在掩膜覆盖第二透明导电层S6的条件下，通过物理气相沉积法(PVD)沉积陷光结构S7，即可以在第二透明导电层S6上形成具有长方体状阵列结构的陷光结构S7。

本实施例中的第二透明导电层S6和陷光结构S7共同构成了复合透明导电层。当来自外部的光线照射在钙钛矿太阳能电池的表面上时，得益于复合透明导电层，尤其是陷光结构S7的特殊结构，可以有效减少光线的反射，以达到陷光效果，由此提升钙钛矿电池的光电转换效率。

实施例四

实施例四提供了一种掩膜(图中未示出)，用于制备根据本实用新型的钙钛矿太阳能电池。掩膜的具有网格状，且所述掩膜具有圆形的孔洞。本实施例中掩膜由玻璃制成。在制备陷光结构S7的过程中，使用掩膜覆盖第二透明导电层S6，通过物理气相沉积法(PVD)沉积陷光结构S7，即可以在第二透明导电层S6上形成具有长方体状阵列结构的陷光结构S7。

在其它实施例中，掩膜还具有三角形、长方形、正方形或六边形的孔洞，以制备不同形状的陷光结构。

实施例五

实施例五提供了一种太阳能电池组件(图中未示出)，在本实施例中，多个根据本实用新型的钙钛矿太阳能电池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，太阳能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电池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电池的正面的胶膜上，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电池的效率的情况下对太阳能电池进行保护。同时，胶膜可将光伏玻璃和太阳能电池黏合在一起，胶膜的存在可以对太阳能电池进行密封绝缘以及防水防潮。

背板可贴附在太阳能电池背面的胶膜上，背板可以对太阳能电池起保护和支撑作用，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、太阳能电池、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。

实施例六

本实施例提供了一种包括根据本实用新型的光伏系统(图中未示出)。这样的光伏系统可以应用在光伏电站中，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，光伏阵列可为多个太阳能电池组件的阵列组合，例如，多个太阳能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。

以上所述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 (9)

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，从下到上包括硅基体、第一透明导电层、第一载流子传输层、钙钛矿活性层、第二载流子传输层、第二透明导电层、陷光结构和金属电极。

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述陷光结构为半球体阵列结构、金字塔状阵列结构、三角锥状阵列结构、长方体状阵列结构、圆锥体状阵列结构或截锥体状阵列结构。

3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一载流子传输层为空穴传输层且所述第二载流子传输层为电子传输层；或

所述第一载流子传输层为电子传输层且所述第二载流子传输层为空穴传输层。

4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层和所述陷光结构独立地由ITO、FTO、IZO、AZO、ATO、IWO或ICO制成。

5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述陷光结构的底部到顶端之间的距离介于10nm至100nm之间。

6.一种掩膜，其特征在于，所述掩膜用于制备如权利要求1至5中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，所述掩膜具有网格状，且所述掩膜具有圆形、三角形、正方形、长方形或六边形的孔洞。

7.如权利要求6所述的掩膜，其特征在于，所述掩膜由玻璃或树脂制成。

8.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的钙钛矿太阳能电池。

9.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求8所述的太阳能电池组件。