[發明專利]鈣鈦礦電池、光伏組件、光伏發電系統及用電設備

在審

• 申請號: 202310547446.5
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116322083A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 陳長松;涂保;林維樂;林少欽;陳國棟;郭永勝
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H10K30/50
• 分類號: H10K30/50;H10K30/84;H10K39/10
• 代理公司: 北京維飛聯創知識產權代理有限公司 11857
• 代理人: 曾愛蓮

本申請提供一種鈣鈦礦電池、光伏組件、光伏發電系統及用電設備，涉及光伏技術領域。鈣鈦礦電池包括：位于透明基底層和電極層之間的鈣鈦礦復合層，鈣鈦礦復合層包括層疊設置的鈣鈦礦層和鐵電層，鐵電層沿層疊方向的兩側均為鈣鈦礦層，該鈣鈦礦電池具有較佳的能量轉換效率以及較佳的開路電壓。

技術領域

本申請涉及光伏技術領域，具體而言，涉及一種鈣鈦礦電池、光伏組件、光伏發電系統及用電設備。

背景技術

傳統光伏器件廣泛依賴于固體中的界面技術，如半導體PN結或肖特基結，這使得它們在光電轉換過程中可利用的光子數及所產生的光伏電壓受限于晶體材料的帶隙。理論證明，這些器件的能量轉換效率存在理論上限，即所謂的Shockley-Queisser（SQ）極限。如何進一步兼顧提高能量轉換效率以及開路電壓一直為本領域研究的重點。

發明內容

鑒于上述問題，本申請提供一種鈣鈦礦電池、光伏組件、光伏發電系統及用電設備，其能夠改善現有的光伏器件能量轉換效率低且開路電壓低的技術問題。

第一方面，本申請實施例提供一種鈣鈦礦電池，其包括：位于透明基底層和電極層之間的鈣鈦礦復合層，鈣鈦礦復合層包括層疊設置的鈣鈦礦層和鐵電層，鐵電層沿層疊方向的兩側均為鈣鈦礦層。

本申請實施例的技術方案中，通過引入鐵電層且采用鐵電層沿層疊方向的兩側均為鈣鈦礦層的設置方式，一方面可利用鐵電層的體光伏效應突破傳統鈣鈦礦電池結構的能量轉換效率理論限制，提高鈣鈦礦電池的內建電場，提高開路電壓，另一方面可充分利用鐵電層構筑的內建電場，提高開路電壓以及有助于保持較高的電流水平，提高鈣鈦礦電池的能量轉換效率。

在一些實施例中，鈣鈦礦復合層包括兩層鈣鈦礦層和一層鐵電層，兩層鈣鈦礦層分別位于鐵電層的兩側。由兩層鈣鈦礦層和一層鐵電層構成鈣鈦礦復合層結構簡單，有利于獲得對稱式的結構的鈣鈦礦復合層，有利于充分利用鐵電層構筑的內建電場，提高開路電壓以及有助于保持較高的電流水平，并且減少界面數量，有利于提高載流子的提取與傳輸，提高能量轉換效率。

在一些實施例中，鈣鈦礦復合層滿足以下條件（a1）-（a3）中的任一項：（a1）位于鐵電層的兩側的兩層鈣鈦礦層的厚度比為0.57-2:1；（a2）位于鐵電層的兩側的兩層鈣鈦礦層的厚度比為0.57-1.75:1;（a3）位于鐵電層的兩側的兩層鈣鈦礦層的厚度相同。通過控制兩層鈣鈦礦層的厚度比，有利于提高鈣鈦礦電池的開路電壓及能量轉換效率。

在一些實施例中，位于鐵電層的兩側的兩層鈣鈦礦層的成分相同。通過控制位于鐵電層的兩側的兩層鈣鈦礦層的成分相同，有利于提高鈣鈦礦電池的能量轉換效率。

在一些實施例中，位于鐵電層兩側的兩層鈣鈦礦層中，其中至少一層鈣鈦礦層為三維鈣鈦礦層。通過控制鈣鈦礦層的維度有利于提高鈣鈦礦電池的能量轉換效率。

在一些實施例中，鈣鈦礦層的厚度為200-350nm。通過控制鈣鈦礦光吸收層具有合理的厚度，緩解因厚度過厚或過薄影響載流子的分離，有利于提高能量轉換效率。

在一些實施例中，鐵電層滿足以下條件（b1）-（b2）中的任一項：（b1）鐵電層的厚度為1-60nm;（b2）鐵電層的厚度為10-50nm。通過控制鐵電層具有合理的厚度，有利于提高鈣鈦礦電池的開路電壓和提升能量轉換效率。

在一些實施例中，鐵電層的成分包括鐵電聚合物、無機鐵電材料以及有機-無機雜化鐵電材料中的至少一種。上述各類型的鐵電材料均能夠制備鐵電層并用在鈣鈦礦電池中，提高鈣鈦礦電池的開路電壓及轉換效率。

在一些實施例中，透明基底層和鈣鈦礦復合層之間具有第一載流子傳輸層，電極層和鈣鈦礦復合層之間具有第二載流子傳輸層，第一載流子傳輸層和第二載流子傳輸層中的任一層為電子傳輸層，另一層為空穴傳輸層。也即是鈣鈦礦電池中同時存在與鈣鈦礦復合層獨立設置的電子傳輸層和空穴傳輸層，該鈣鈦礦電池開路電壓及能量轉換效率佳。