一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构

本发明涉及太阳电池结构设计领域，具体涉及一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构。

背景技术：

1、当前，全球正面临着严峻的气候变化、能源紧缺和能源安全等挑战，因此迫切需要依赖可再生能源来解决这些问题。太阳能作为一种广泛分布且取之不尽的清洁能源，在各种可再生能源中具有重要地位。太阳能电池利用光生伏特效应直接将光能转化为电能，随着科技的进步，太阳能电池技术不断改进，成本也在逐渐降低。然而，目前太阳能电池的发电成本仍然高于传统能源。要与传统能源竞争并成为主导能源，必须持续降低太阳能电池的发电成本，并提高其转换效率。

2、晶硅电池也称第一代太阳能电池，在光伏领域中占主导地位，但由于硅材料自身的原因，其电池效率很难有大幅度的提高，近年来，钙钛矿太阳能电池技术发展迅速，在效率提升和面积放大方面不断取得突破，但钙钛矿材料的禁带宽度较大,这会导致有很大一部分的入射光不能贡献形成电子空穴对,导致钙钛矿电池的短路电流过低。本发明采用叠层结构将禁带宽度较大的钙钛矿太阳电池作为顶电池吸收高能光子,将禁带宽度较小的杂化背接触晶硅太阳电池作为底电池吸收低能光子，能有效提高太阳能的利用率。

3、传统太阳电池的p-n结是由导电类型相反的同一种半导体材料组成，通常称为同质结。而由两种具有不同禁带宽度的不同种半导体材料组成的结,则称为异质结。与同质结相比，异质结具有更高的注入效率，因而受到广泛关注。近年来，将异质结太阳能电池运用到叠层太阳能电池中成为研究热点，本发明将异质结太阳能电池结构运用到底电池中，有效提高了太阳能电池的转换效率。

4、目前，晶硅/钙钛矿叠层电池延用了传统单结电池“三明治”器件结构，主要以两端(2t)串联和四端(4t)机械叠层结构居多；但分别受到(顶/底电池间)电流匹配限制和(顶/底电池间)附加电极光学损耗的困扰，器件效率远低于叠层sq理论极限。本发明的三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池既承担(传统的)低能光子吸收与转换作用，也兼顾(新的)输运钙钛矿顶电池电子的用途，从而避免了2t叠层结构电流匹配限制和4t叠层结构光学损失严重对电池效率带来的负面影响。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构。

2、一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，其特征在于，包括反式钙钛矿顶电池和杂化背接触晶硅底电池。

3、反式钙钛矿顶电池从上到下依次设置为：第一金属电极层(1)、第一透明电极层(2)、空穴传输层(3)、钙钛矿光吸收层(4)、电子传输层(5)。

4、杂化背接触晶硅底电池从上到下依次设置为：第一钝化层(6)、晶硅光吸收层(7)、电极背接触区域，所述电极背接触区域分为两个并列独立区域：topcon区域和shj区域，其中topcon区域从上到下依次设置为第二钝化层(8)、多晶硅层(10)、第二透明电极层(12)、第二金属电极层(14)，shj区域从上到下依次设置为第三钝化层(9)、纳米晶硅层(11)、第三透明电极层(13)、第三金属电极层(15)。

5、电子传输层(5)的下表面为第一钝化层(6)，晶硅光吸收层(7)的下表面为并列的第二钝化层(8)和第三钝化层(9)。

6、所述杂化背接触晶硅底电池采用了topcon太阳能电池结构和shj太阳能电池结构相混合的电极背接触区域。

7、所述反式钙钛矿顶电池空穴传输层(3)与钙钛矿吸收层(4)之间可通过引入超薄氧化铝层，提供固定电荷场钝化效应。

8、所述钙钛矿光顶电池的钙钛矿薄膜采用溶液法制备，覆盖在电子传输层(5)上。

9、所述钙钛矿太阳能电池结构采用反式钙钛矿太阳能电池结构。

10、所述晶硅光吸收层(7)上表面采用金字塔(微)绒面，尺寸小于1μm，晶硅光吸收层下表面shj区域采用金字塔(大)绒面，尺寸为2-5μm。

11、所述多晶硅层(10)采用p型掺杂多晶硅时，则纳米晶硅层(11)为n型掺杂纳米晶硅，所述多晶硅层(10)采用n型掺杂多晶硅时，则纳米晶硅层(11)为p型掺杂纳米晶硅。

12、所述第一透明电极层(2)、第二透明电极层(12)和第三透明电极层(13)均采用透明导电氧化物薄膜。

13、所述第二金属电极层(14)和第三金属电极层(15)采用相同的金属材料或不同的金属材料制得。

14、本发明的有益效果是：

15、本发明一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，使用反式钙钛矿太阳能电池作顶电池吸收高能光子，杂化背接触晶硅太阳能电池作底电池吸收低能光子，将不同带隙的太阳能电池堆叠，充分利用太阳能。

16、本发明一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，利用杂化背接触晶硅底电池的双重功能，既承担(传统的)低能光子吸收与转换作用，也兼顾(新的)输运钙钛矿顶电池电子的用途，从而避免了2t叠层结构电流匹配限制和4t叠层结构光学损失严重对电池效率带来的负面影响。

17、本发明一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，使用了非对称绒面结构，利用溶液法钙钛矿薄膜结晶性好的特点配合晶硅小金字塔微绒面结构，减少钙钛矿太阳能电池晶界、表面缺陷引起的非辐射复合，提高太阳能利用率。

技术特征：

1.一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，其特征在于，包括反式钙钛矿顶电池和杂化背接触晶硅底电池；

2.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述杂化背接触晶硅底电池采用了topcon太阳能电池结构和shj太阳能电池结构相混合的电极背接触区域。

3.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述反式钙钛矿顶电池空穴传输层与钙钛矿吸收层之间可通过引入超薄氧化铝层，提供固定电荷场钝化效应。

4.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿光顶电池的钙钛矿薄膜采用溶液法制备，覆盖在电子传输层上。

5.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池结构采用反式钙钛矿太阳能电池结构。

6.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述晶硅光吸收层上表面采用金字塔(微)绒面，尺寸小于1μm，晶硅光吸收层下表面shj区域采用金字塔(大)绒面，尺寸为2-5μm。

7.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述多晶硅层采用p型掺杂多晶硅时，则纳米晶硅层为n型掺杂纳米晶硅，所述多晶硅层采用n型掺杂多晶硅时，则纳米晶硅层为p型掺杂纳米晶硅。

8.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述第一透明电极层、第二透明电极层和第三透明电极层均采用透明导电氧化物薄膜。

9.根据权利1要求所述的一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于：所述第二金属电极层和第三金属电极层采用相同的金属材料或不同的金属材料制得。

技术总结一种三端杂化背接触晶硅/反式钙钛矿叠层太阳能电池结构，属于太阳能电池领域。包括反式钙钛矿顶电池和杂化背接触晶硅底电池，反式钙钛矿顶电池从上到下依次为：第一金属电极层、第一透明电极层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层。杂化背接触晶硅底电池从上到下依次为：第一钝化层、晶硅光吸收层、电极背接触区域，所述电极背接触区域分为TOPCon区域和SHJ区域，其中TOPCon区域从上到下依次为第二钝化层、多晶硅层、第二透明电极层、第二金属电极层，SHJ区域从上到下依次为第三钝化层、纳米晶硅层、第三透明电极层、第三金属电极层。本发明的太阳能叠层电池提高了太阳能的利用率，避免了二端叠层结构电流匹配限制和四端叠层结构光学损失严重对电池效率带来的负面影响，减少了光学损失，获得更高的光电转换效率。技术研发人员：郑子龙,何玉洲,杨熙其,唐泽国,陈小青,严辉受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23