[發(fā)明專(zhuān)利]一種含有圖形化光學(xué)隔離層的疊層太陽(yáng)能電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710345536.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107195714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟彥龍;金國(guó)君;王玲莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/043
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/043;H01L31/054
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，特別涉及一種高效的疊層太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)

目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品主要以晶硅電池為主，包括多晶硅電池和單晶硅電池。不論哪一類(lèi)電池技術(shù)，其根本目的均是通過(guò)光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)光能量直接轉(zhuǎn)換為電能加以利用。提高電池轉(zhuǎn)換效率，最大限度的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光能對(duì)電能的轉(zhuǎn)換，是光伏電池制造的核心技術(shù)。根據(jù)Shockley-Queisser極限(SQ極限)，對(duì)于單個(gè)pn結(jié)的太陽(yáng)能電池所能夠達(dá)到的最高能量轉(zhuǎn)化效率是有限的，如1.34ev禁帶寬度的p-n結(jié)最高只能達(dá)到33.7％的能量轉(zhuǎn)化效率。對(duì)于單結(jié)的晶硅電池而言，考慮俄歇復(fù)合在內(nèi)時(shí)，這一極限效率為29.4％。突破目前單結(jié)晶硅電池極限效率的技術(shù)路線包括了聚光電池、疊層光伏電池等。開(kāi)發(fā)疊層電池對(duì)突破單結(jié)太陽(yáng)能電池的SQ極限，實(shí)現(xiàn)更高轉(zhuǎn)換效率的電池而言具有重要意義。

疊層電池中根據(jù)材料禁帶寬度的大小，一般將由較大禁帶寬度材料構(gòu)成的子電池放在疊層電池的頂端，讓其優(yōu)先吸收太陽(yáng)光中較大能量的光子，低能量光子透過(guò)，繼而被接下來(lái)較小禁帶寬度材料構(gòu)成的子電池所吸收，從而達(dá)到不同能量光子分別吸收轉(zhuǎn)換的目的。為此，將對(duì)應(yīng)材料吸收帶隙的光子分別控制在相應(yīng)的子電池內(nèi)被充分吸收，對(duì)于提高疊層光伏電池的吸收效率而言非常重要。但是，目前疊層電池制備技術(shù)中所提出的種種提高電池轉(zhuǎn)換效率的方案均是如何改善材料質(zhì)量、如何改善界面接觸、如何實(shí)現(xiàn)集成串聯(lián)結(jié)構(gòu)疊層電池兩個(gè)子電池之間的載流子復(fù)合，還沒(méi)有針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)疊層電池中光管理與載流子復(fù)合兼顧的電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了高效疊層電池中各個(gè)子電池之間光子能量分布有效控制以及載流子有效復(fù)合兼顧的難題，對(duì)于制備高效的疊層太陽(yáng)能電池而言具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)疊層電池中光管理以及各個(gè)子電池之間載流子有效復(fù)合的需求，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)有效光管理與載流子復(fù)合兩種需求的疊層電池。

一種含有光學(xué)隔離層的疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于包含太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元1，由太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元2，由層3-1、……、層3-n以及貫穿層3-1、……、層3-n的通道4-1、……、通道4-n構(gòu)成的光學(xué)隔離層3。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于對(duì)于太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)≤600nm的光譜反射率≥40％，對(duì)于太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)＞600nm的光譜反射率＜60％。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于所包含的層3-1、……、3-n分別為光學(xué)介質(zhì)材料SiO₂、Si₃N₄、ZnO、ZnS、ZnSe、MgF₂、CaF₂、LiF、ZrO₂、TiO₂、Al₂O₃、AlN、HfO₂、MgO、MoO₃、Ta₂O₅中的一種。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n為圓形通道、方形通道、菱形通道中的一種或多種。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n，各通道的尺寸在10nm到100mm之間，且所有通道與兩側(cè)太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元1、太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元2接觸總面積在光學(xué)隔離層表面的占有率在0.1％到60％之間。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n中充滿導(dǎo)電材料Ag、Au、Cu、Fe、C、m-MTDATA、PEDOT：PSS、IZO、ITO、IGZO、Bphen、Alq3、Bphen、CuPc、C₆₀、石墨烯、磷烯、NPB、TPBi中的一種。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的光學(xué)隔離層3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n連接太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元1中的層1-1與太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元2中的層2-n。

所述疊層太陽(yáng)能電池中的太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元1、太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元2，其特征在于與光學(xué)隔離層3相鄰的電荷收集端極性相反，且通過(guò)通道4-1、……、通道4-n以串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)電氣連接。

所述疊層太陽(yáng)能電池中太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換單元1，其特征在于太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)≤600nm的太陽(yáng)光譜其透過(guò)率≤30％，波長(zhǎng)＞600nm的光譜其透過(guò)率＞60％。