一种三结叠层光伏电池

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，尤其是涉及一种三结叠层光伏电池。

背景技术

众所周知，仅采用单一光捕获材料的太阳能电池即单结光伏电池，它的效率提升空间十分有限，主要取决于吸光材料的带隙，理论效率上限约为33%。考虑到光伏电池中不可避免的光学损耗、电阻损耗、热力学损耗以及俄歇复合损失等，它的实际转化效率要低于33%。因此，组合不同带隙的吸光材料组成的多结叠层光伏电池可以实现光能利用最大化，突破33%的单结电池效率限制。

两结叠层电池的研究较为广泛，其中钙钛矿/晶硅双结叠层电池的发展尤为引人注目。目前钙钛矿/晶硅双结叠层电池的最高效率仅为32.5%，距离45%的理论效率上限相距甚远。因此，发展三结叠层电池有望进一步提高太阳能光谱的利用，使叠层光伏电池的效率实现大幅提升。

发明内容

为了提升太阳能电池对于太阳光的转化效率，本申请提供一种三结叠层光伏电池。

本申请提供的一种三结叠层光伏电池采用如下的技术方案：

一种三结叠层光伏电池，包括自上而下设置的宽带隙钙钛矿电池、中间带隙碲化镉电池、窄带隙晶硅电池，所述窄带隙晶硅电池作为衬底且窄带隙晶硅电池与中间带隙碲化镉电池之间设有第一隧穿结层、宽带隙钙钛矿电池与中间带隙碲化镉电池之间均设置有第二隧穿结。

通过采用上述技术方案，光伏电池采用三叠层进行设置，此三结叠层是以窄带隙晶硅电池片作为衬底，因此，太阳光只能先从宽带隙钙钛矿电池入射，而后通过中间带隙碲化镉电池，最终到达窄带隙硅电池，这样设计目的是宽带隙吸收短波区，中间带隙吸收中波段，窄带隙吸收长波段，对太阳光不同频率的波长的吸收范围增加，从而提升了光伏电池对于太阳光的吸收转化效率，并且可实现更有效的宽光谱响应。

可选的，所述宽带隙钙钛矿电池的吸光层能带宽度为1.9-2.0eV。

通过采用上述技术方案，钙钛矿的带隙可在1.2-2.3 eV之间大幅调节，满足了三结叠层电池中不同子电池之间的电流匹配，提高太阳能光谱利用率，提高电池的能量转化效率。

可选的，所述中间带隙碲化镉电池的吸光层能带宽度为1.4-1.5eV。

通过采用上述技术方案，中间带隙碲化镉电池选择居中的吸光层能带宽度能够有效阻碍由于吸光层能带宽度过大或过小而导致的吸光层对太阳光的吸收效率降低的可能，对于太阳光的吸收更为稳定。

可选的，所述窄带隙晶硅电池的吸光层能带宽度为1.1eV。

通过采用上述技术方案，吸光层能带宽度为1.1eV的晶硅电池可对波长范围为400-1100nm的太阳光进行吸收。

可选的，所述第一隧穿结包括但不限于氧化铟及掺杂氧化铟、n型掺杂纳米晶硅/p型掺杂纳米晶硅、n型掺杂微晶硅/p型掺杂微晶硅、n型掺杂SiO

通过采用上述技术方案，第一隧穿结将窄带隙晶硅电池与中间带隙碲化镉电池串联，便于电子的运输，提升了电子的传输效率，从而提升了光伏电池对太阳光的转化效率。

可选的，所述第二隧穿结包括但不限于氧化铟及掺杂氧化铟、缺氧SnO

通过采用上述技术方案，第二隧穿结将宽带隙钙钛矿电池与中间带隙碲化镉电池串联，并便于电子的传输，从而提升了光伏电池对于太阳光的转化效率。

可选的，所述吸光层为ABX

通过采用上述技术方案，钙钛矿组分的选择主要是要满足带隙要求，从而使钙钛矿电池对太阳光进行更好的吸收，提高了电池的能量转化效率。

可选的，所述吸光层的结构式为CdSexTe1-x。

通过采用上述技术方案，碲化镉的带隙可以通过调节Se的比例进行改变，进而满足带隙要求，将碲化镉的带隙调节至合适的范围，从而提升了对太阳能光谱的利用效率。

可选的，所述晶硅电池包括但不限于PERC、PERT、PERL、TOPCon、HJT、IBC。

通过采用上述技术方案，以晶硅电池作为衬底，碲化镉薄膜沉积温度较高，因此晶硅衬底要能耐得住非常高的温度才行，因此HJT不是一个非常好的选择，非晶硅在高温作用下会发生变质。

可选的，所述窄带隙晶硅电池的背板端面复合有第一玻璃衬底，所述第一玻璃衬底面积大于窄带隙晶硅电池面积，光伏电池嵌设在第一玻璃衬底中且第一玻璃衬底厚度大于光伏电池厚度，所述第一玻璃衬底内部设置有第一反射镜、第二反射镜与第三反射镜，所述第一反射镜、第二反射镜与所述第三反射镜沿窄带隙晶硅电池边缘均匀分布，所述第二反射镜呈竖直设置，所述第一反射镜与所述第三反射镜均呈倾斜设置，第一反射镜远离窄带隙晶硅电池的侧壁高于第一反射镜靠近窄带隙晶硅电池的侧壁，第三反射镜远离窄带隙晶硅电池的侧壁低于第三反射镜靠近窄带隙晶硅电池的侧壁。

通过采用上述技术方案，第一玻璃衬底内部设置第一反射镜、第二反射镜与第三反射镜，将照射至宽带隙钙钛矿电池边缘的太阳光反射回到宽带隙钙钛矿电池端面，进一步提升光伏电池对于太阳光的吸收转化效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本发明提出的三结叠层光伏电池可实现更有效的宽光谱响应，提高光子利用率，降低热力学损耗；

2. 本发明提出的三结叠层光伏电池的理论转换效率可超过50%，因而具有更大的发展潜力；

3.本发明提出的三结叠层光伏电池制备流程简单，工艺兼容性强，有利于实现大规模量产

附图说明

图1是本申请实施例主体结构示意图。

图2是第一玻璃衬底内部结构示意图。

附图标记说明：

1、宽带隙钙钛矿电池；2、中间带隙碲化镉电池；3、窄带隙晶硅电池；4、第一隧穿结；5、第二隧穿结；6、第一玻璃衬底；7、第一反射镜；8、第二反射镜；9、第三反射镜。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种三结叠层光伏电池。参照图1，一种三结叠层光伏电池自上而下设置的宽带隙钙钛矿电池1、中间带隙碲化镉电池2和窄带隙晶硅电池3，其中其中窄带隙晶硅电池3的禁带宽度为1.1eV、中间带隙碲化镉电池2禁带宽度为1.45eV、宽带隙钙钛矿电池1禁带宽度为1.95eV，宽带隙钙钛矿电池1、中间带隙碲化镉电池2和窄带隙晶硅电池3按禁带宽度从大到小、从外向里叠合起来，并采用沉积的方式固定，提升了同样面积下的太阳能电池对于太阳能的使用效率。

参照图1，窄带隙晶硅电池3作为光伏电池的衬底，且窄带隙晶硅电池3与中间带隙碲化镉电池2之间设置有第一隧穿结4，宽带隙钙钛矿电池1与中间带隙碲化镉电池2之间设置有第二隧穿结5，其中窄带隙晶硅电池3的吸光层能带宽度为1.1eV，可对波长范围为400-1100nm的太阳光进行吸收；窄带隙晶硅电池3的制备包括以下步骤：1、N型硅片制绒清洗；2、硅片正面进行硼扩散形成硼掺杂P+型发射结；3、边缘隔离；4、硅片正面采用ALD工艺沉积1.5 nm Al

参照图1，第一隧穿结4包括但不限于氧化铟及掺杂氧化铟、n型掺杂纳米晶硅/p型掺杂纳米晶硅、n型掺杂微晶硅/p型掺杂微晶硅、n型掺杂SiO

参照图1，中间带隙碲化镉电池2的吸光层能带宽度为1.4-1.5eV，优选1.45eV，居中的吸光层能带宽度能够有效阻碍由于吸光层能带宽度过大或过小而导致的吸光层对太阳光的吸收效率降低的可能，对于太阳光的吸收更为稳定；中间带隙碲化镉电池2的制备包括以下步骤：1、在第一隧穿结4表面射频溅射沉积83 nm CdSe:O缓冲层，混合气体（2% O

参照图1，第二隧穿结5包括但不限于氧化铟及掺杂氧化铟、缺氧SnO

参照图1，宽带隙钙钛矿电池1的吸光层能带宽度为1.9-2.0eV，优选1.95eV，满足了三结叠层电池中不同子电池之间的电流匹配，提高太阳能光谱利用率，提高电池的能量转化效率；宽带隙钙钛矿电池1的制备包括以下步骤：1、在第二隧穿结5表面PVD沉积35 nm的3%Nb掺杂SnO2，氩氧混合气流量为10 sccm，气压0.2 MPa；2、在3%Nb掺杂SnO2薄膜表面旋涂0.08 M的NH4F水溶液，转速5000 rpm，时间20 s，随后150℃烧结30 min；3、先将3%Nb掺杂SnO2薄膜紫外臭氧处理15 min，然后旋涂DMA

参照图1，宽带隙钙钛矿电池1的吸光层为ABX

参照图1和图2，宽窄带隙晶硅电池3的背板端面复合有第一玻璃衬底6，第一玻璃衬底6对光伏电池起到支撑作用，第一玻璃衬底6的面积大于窄带隙晶硅电池3的面积，便于对窄带隙晶硅电池3进行更好的防护，光伏电池嵌设在第一玻璃衬底6中，同时第一玻璃衬底6厚度略大于光伏电池厚度，第一玻璃衬底6背离于窄带隙晶硅电池3的端面开设有安装槽，安装槽绕宽带隙钙钛矿电池1边缘均匀分布，安装槽内穿设有安装杆，且安装杆材质与第一玻璃衬底6的材质相同，安装杆内部嵌设有第一反射镜7、第二反射镜8与第三反射镜9，安装杆穿设在安装槽中，从而使第一反射镜7、第二反射镜8与第三反射镜9固定在第一玻璃衬底6内部，并且第一反射镜7、第二反射镜8、所述第三反射镜9与安装杆一同沿宽带隙钙钛矿电池1边缘均匀分布。

参照图1和图2，第二反射镜8呈竖直设置且第二反射镜8的反光面正对于宽带隙钙钛矿电池1，第一反射镜7与第三反射镜9均呈倾斜设置，第一反射镜7的反光面朝向竖直方向的上方，第三反射镜9的反光面朝向竖直方向的下方，第一反射镜7远离宽带隙钙钛矿电池1的侧壁高于第一反射镜7靠近宽带隙钙钛矿电池1的侧壁，第三反射镜9远离宽带隙钙钛矿电池1的侧壁低于第三反射镜9靠近宽带隙钙钛矿电池1的侧壁，且第三反射镜9底部贴合于第二反射镜8顶部，第一反射镜7顶部贴合于第二反射镜8顶部，第一反射镜7与水平面的夹角小于45°，第二反射镜8与水平面的夹角大于45°，太阳光在照射至宽带隙钙钛矿电池1边缘时，照射到第一反射镜7的反光面，在第一反射镜7的作用下反射至第二反射镜8的反光面，然后反射至第三反射镜9的反光面，在第三反射镜9的作用下，太阳光被反射至宽带隙钙钛矿电池1表面，通过反射的原理，增加了相同表面积下宽带隙钙钛矿电池1的受光面积，从而提升了光伏电池对于太阳光的转化效率。

本申请实施例一种三结叠层光伏电池的实施原理为：在窄带隙晶硅电池3上依次沉积第一隧穿结4、中间带隙碲化镉电池2、第二隧穿结5、宽带隙钙钛矿电池1，并在宽带隙钙钛矿电池1上设置第一玻璃衬底6增强光伏电池的受光面积，太阳光在照射至第一玻璃衬底6时，照射至宽带隙钙钛矿电池1层外部的太阳光会照射至第一反射镜7的反光面上，照射至第一反射镜7的反光面上的太阳光依次经过第二反射镜8和第三反射镜9的反射，被反射至宽带隙钙钛矿电池1端面，使太阳光再次被吸收，从而增强了光伏电池对于太阳光的吸收转化效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。