[发明专利]一种叠层太阳能电池及其制作方法

说明书

本发明公开了一种叠层太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池制造领域，解决了现有制作叠层电池的技术不适用于顶衬二六族电池与晶体硅或顶衬二六族电池与铜铟镓硒电池的叠层电池，所制备的叠层电池的转化效率低的问题，包括以下步骤：提供顶衬二六族薄膜顶电池、底电池，对薄膜顶电池进行膜层刻划及绝缘介质填充，得到第一预制件，在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件，对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件，对第三预制件进行膜层刻划，得到叠层电池；通过多次膜层刻划实现了叠层电池正负电极的快速引出，用透明导电胶粘接底电池与顶电池消除了空气间隙，减少了光照的反射损失，提升了电池的性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种叠层太阳能电池及其制作方法。

背景技术

采用叠层电池的结构设计，通过将不同光谱响应的太阳能电池合理地叠放在一起以便尽可能多地吸收转化自然光，已经成为了当前研究提高太阳能电池转化效率的常见思路。有文献报道，理论计算得到采用CdTe太阳能电池为代表的二六族电池作为顶电池，配合铜铟镓硒或者晶硅电池作为底电池，能够制得转化效率超过30％甚至是40％的叠层电池(DOI:10.1039/c6ee01778a)。这里所说的“顶电池”，即是光照在入射叠层电池的过程中首先进入的电池；而“底电池”，则是光照最后进入的电池。至于制作叠层电池的方法，通常又分为机械叠层和一体叠层两种。其中，所谓“机械叠层”即是将顶电池和底电池分别制好后，再机械地放置在同一光路上，使得入射光能够先通过顶电池再通过底电池，从而制成叠层电池。已有的机械叠层技术方案，如2011年提出申请但最终未获授权的《CN201110268965.5一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池[发明]》，该方案通过将碲化镉电池与多晶硅电池上下叠放制成叠层电池，但却未能消除碲化镉电池与多晶硅电池之间的空气隙，致使光照在从顶电池进入底电池的过程中，不可避免地出现较多的反射损失，进而降低了叠层电池整体的转化效率，同时该方案中也未给出能够在实际生产中使用的从绝缘的玻璃衬底上引出碲化镉电池电极的方法。类似的技术方案，还有已获授权的发明《CN202111174123.3双面受光的机械叠层太阳能电池、电池组件和光伏系统[发明]》，该方案中的电池正负极引出方式同样难以在实际生产中投入使用。至于所谓“一体叠层”，则是以某一电池作为衬底，在该电池上直接堆叠镀膜制成另一电池，进而得到叠层电池。其中，在堆叠的不同电池之间，通常采用透明导电含氧物材料制作隧穿层。常见的透明导电含氧物有ITO、SnO2:F、ZnO:Al等，还有如2010年提出申请但最终未获授权的《US20120000519-TRANSPARENT ELECTRICALLYCONDUCTIVE LAYER AND METHOD FOR FORMING SAME》中提到的CdSnO3类材料。已有的一体叠层技术方案，如2014年URIEL SOLAR公司在美国提出申请但最终未或授权的《US20150207011-MULTI-JUNCTION PHOTOVOLTAIC CELLS AND METHODS FOR FORMING THESAME》，该方案中以玻璃基顶衬CdSeyTe(1-y)或Cd(1-x)ZnxTe薄膜电池为顶电池，以ZnTe和ITO/ZnSe薄膜作为隧穿层，然后再在隧穿层上制作晶硅电池，以制成叠层电池。但是，由于晶硅电池极难通过镀膜方式进行制作，所以此种技术方案基本无法在实际生产中实施。这里，所谓“顶衬”薄膜电池，即是指在衬底上镀膜制成电池后，在电池的实际工作过程中，光照的入射方向是先进入顶部的衬底，然后再进入薄膜电池中。同样的，也有“底衬”薄膜电池，即是指在衬底上镀膜制成电池后，在电池的实际工作过程中，光照的入射方向是先进入薄膜电池，然后再进入底部的衬底中。在前述《US20150207011》中也有给出以“底衬”技术在晶体硅电池上镀膜制作二六族电池，进而制成叠层电池的技术方案。然而，实际上对于以CdTe太阳能电池为代表的二六族电池来说，由于“底衬”电池的制作技术还不够成熟，当前商业化量产取得成功的二六族电池基本都是采用“顶衬”制作技术(DOI:10.1016/B978-0-12-819727-1.00137-0)。所以，如果想以晶硅电池或者铜铟镓硒电池作为底电池衬底，再采用“底衬”技术制作二六族电池作为顶电池，很难取得较好的电池性能。类似的技术方案，还有《CN201611048919.3一种CIGS/CdTe双结叠层薄膜太阳能电池及其制备方法[发明]》和《CN202122806866.X CdTe/晶硅叠层电池[实用新型]》等，这两种方案也都是以“底衬”技术制作CdTe电池进而得到叠层电池。另外，在2021年FirstSolar公司提出申请的《WO2022061295-TRANSPARENT CONDUCTING LAYERS AND PHOTOVOLTAIC DEVICESINCLUDING THE SAME》中，也给出了类似《US20150207011》的技术方案，该方案中提出一套以“顶衬”技术制作二六族叠层电池的方法，但同样不适用于二六族电池与晶体硅或“底衬”铜铟镓硒电池配合而成的叠层结构。