[发明专利]一种含有图形化光学隔离层的叠层太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种高效的叠层太阳能电池。

背景技术

目前市场上的太阳能电池产品主要以晶硅电池为主，包括多晶硅电池和单晶硅电池。不论哪一类电池技术，其根本目的均是通过光生伏特效应将太阳光能量直接转换为电能加以利用。提高电池转换效率，最大限度的实现太阳光能对电能的转换，是光伏电池制造的核心技术。根据Shockley-Queisser极限(SQ极限)，对于单个pn结的太阳能电池所能够达到的最高能量转化效率是有限的，如1.34ev禁带宽度的p-n结最高只能达到33.7％的能量转化效率。对于单结的晶硅电池而言，考虑俄歇复合在内时，这一极限效率为29.4％。突破目前单结晶硅电池极限效率的技术路线包括了聚光电池、叠层光伏电池等。开发叠层电池对突破单结太阳能电池的SQ极限，实现更高转换效率的电池而言具有重要意义。

叠层电池中根据材料禁带宽度的大小，一般将由较大禁带宽度材料构成的子电池放在叠层电池的顶端，让其优先吸收太阳光中较大能量的光子，低能量光子透过，继而被接下来较小禁带宽度材料构成的子电池所吸收，从而达到不同能量光子分别吸收转换的目的。为此，将对应材料吸收带隙的光子分别控制在相应的子电池内被充分吸收，对于提高叠层光伏电池的吸收效率而言非常重要。但是，目前叠层电池制备技术中所提出的种种提高电池转换效率的方案均是如何改善材料质量、如何改善界面接触、如何实现集成串联结构叠层电池两个子电池之间的载流子复合，还没有针对如何实现叠层电池中光管理与载流子复合兼顾的电池结构。本发明解决了高效叠层电池中各个子电池之间光子能量分布有效控制以及载流子有效复合兼顾的难题，对于制备高效的叠层太阳能电池而言具有重要意义。

发明内容

本发明针对叠层电池中光管理以及各个子电池之间载流子有效复合的需求，提出一种能够实现有效光管理与载流子复合两种需求的叠层电池。

一种含有光学隔离层的叠层太阳能电池，其特征在于包含太阳能光电转换单元1，由太阳能光电转换单元2，由层3-1、……、层3-n以及贯穿层3-1、……、层3-n的通道4-1、……、通道4-n构成的光学隔离层3。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于对于太阳光谱中波长≤600nm的光谱反射率≥40％，对于太阳光谱中波长＞600nm的光谱反射率＜60％。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于所包含的层3-1、……、3-n分别为光学介质材料SiO₂、Si₃N₄、ZnO、ZnS、ZnSe、MgF₂、CaF₂、LiF、ZrO₂、TiO₂、Al₂O₃、AlN、HfO₂、MgO、MoO₃、Ta₂O₅中的一种。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n为圆形通道、方形通道、菱形通道中的一种或多种。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n，各通道的尺寸在10nm到100mm之间，且所有通道与两侧太阳能光电转换单元1、太阳能光电转换单元2接触总面积在光学隔离层表面的占有率在0.1％到60％之间。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n中充满导电材料Ag、Au、Cu、Fe、C、m-MTDATA、PEDOT：PSS、IZO、ITO、IGZO、Bphen、Alq3、Bphen、CuPc、C₆₀、石墨烯、磷烯、NPB、TPBi中的一种。

所述叠层太阳能电池中的光学隔离层3，其特征在于通道4-1、……、通道4-n连接太阳能光电转换单元1中的层1-1与太阳能光电转换单元2中的层2-n。

所述叠层太阳能电池中的太阳能光电转换单元1、太阳能光电转换单元2，其特征在于与光学隔离层3相邻的电荷收集端极性相反，且通过通道4-1、……、通道4-n以串联方式实现电气连接。

所述叠层太阳能电池中太阳能光电转换单元1，其特征在于太阳光谱中波长≤600nm的太阳光谱其透过率≤30％，波长＞600nm的光谱其透过率＞60％。