[发明专利]一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池

说明书

一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，采用更宽带隙的钙钛矿电池为顶电池，通过导电粘合剂与底部晶硅电池构成两端的叠层结构。通过采用更宽带隙的钙钛矿电池作为叠层电池的顶电池，可以获得更高的叠层开路电压，有望获得更高的转换效率。本发明公开了一种采用导电粘合剂来实现钙钛矿/晶硅两端叠层电池的新型结构设计，通过增大顶部宽带隙钙钛矿电池的受光面积，补偿顶电池的电流损失，实现顶、底电池的电流匹配，获得更高的开路电压以及更高的转换效率。可应用于电解水、二氧化碳还原等需要更高开压的研究中。

技术领域

本发明涉及太阳电池的技术领域，特别涉及一种高开压高效的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的设计与制备。

背景技术

源于效率的不断提升以及有效的成本控制，晶硅电池占据90％以上的光伏市场总额，并且基于技术的不断进步，单结晶硅电池的转换效率已达26.7％，逼近其俄歇复合的理论极限效率(29.1％)。为突破单结电池理论的限制获得更高的转换效率，人们逐渐把目光转向叠层电池研究。有机-无机铅卤素钙钛矿电池由于较低的制备成本，较高的转换效率(25.2％)，以及带隙可调等优点，被认为是与晶硅电池构成叠层电池的首选，有望实现更高的转换效率。其中两端钙钛矿/晶硅叠层结构，源于其与目前光伏市场中大规模组件制备工艺更加兼容，成为目前钙钛矿与晶硅叠层电池研究的重点。自2015年制备出第一块钙钛矿/硅两端叠层太阳电池至今，叠层电池的转换效率已由13.7％提高至29.15％。目前，为了使得顶部钙钛矿电池与底部晶硅电池的电流匹配，已报道的钙钛矿/晶硅两端叠层电池中多采用1.7eV以下带隙的钙钛矿材料作为顶电池，因而获得最高叠层电池开压仅为1.88eV，远小于两种电池叠加后可实现的最高开压值。此外，在一些特殊的应用中发现，如光电化学二氧化碳还原制备液体燃料等应用中，通常需要2V以上的开压，现有的钙钛矿/晶硅叠层电池并不能满足这些需求。并且，在实际的供电应用中发现，具有相同输出功率的两种电池期间，即两种电池的开路电压与短路电流相乘后获得相同的功率。这两种电池在实现供电过程中，需要靠导电电线连接输出端与输入端，由于导电电线具有一定的电阻，因此在传输过程中会出现不同程度的电压损失。但是，根据电压、电流以及电阻公式我们可以得出，输出功率相同时具有更小电流的电池设备在传输过程中的压降损失更小。

综上所述，可归纳出：现有宽带隙钙钛矿与晶硅电池叠层电池技术的不足：1)为实现电流匹配选择适当宽带隙的钙钛矿电池作为顶电池，但是目前采用的宽带隙电池并没有实现更高的两端叠层电池开压，如获得2V甚至更高的开压。2)目前报道的叠层电池中，有的获得了较高的开压，同时叠层电流也相对较高，但在实际应用中若两种电池输出功率相同时，具有更大电流的电池设备在传输过程中的压降损失也越大。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的以上问题，提出一种采用更宽带隙钙钛矿作为与晶硅电池构成两端叠层结构的顶电池，通过增大顶部钙钛矿电池的受光面积，提高顶部电池的电流，从而获得顶、底电池的电流匹配，实现高效钙钛矿/晶硅叠层电池。

本发明的技术方案：

一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池，采用带隙为1.75～2.0eV更宽带隙的钙钛矿电池为顶电池，通过导电粘合剂与底部晶硅电池构成两端的叠层结构，此叠层电池结构设计主要体现在顶、底电池的面积不相等，顶电池面积与底电池面积之比在1.1-2.0之间，顶部钙钛矿电池的面积稍大于底部晶硅电池面积。采用更宽带隙的钙钛矿电池作为叠层电池的顶电池，此时顶部电池可获得的电流变小，若叠层电池仍采用目前结构会引起顶、底电池的不匹配，影响电池效率。而本发明通过增大顶部钙钛矿电池的面积从而补偿顶电池的电流损失，实现顶、底电池的电流匹配。此外，采用更宽带隙的钙钛矿电池作为顶电池可以获得更高的叠层开路电压，可应用于光电化学二氧化碳还原等研究中。并且，此种叠层电池可有效的减小电池在实际使用中的能量损失，实现更大的供电效率。