CN218831178U - 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏*** - Google Patents

Abstract

本申请适用于太阳能电池技术领域，提供了一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏***。太阳能叠层电池包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层、复合层、第三传输层、有机给体层、有机受体层、第四传输层和电极；有机给体层的厚度为10nm‑80nm；有机受体层的厚度为30nm‑60nm。如此，由于有机给体层和有机受体层为独立两层，故可以通过有机给体层和有机受体层分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层和有机受体层的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。

Description

一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏***

技术领域

本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏***。

背景技术

太阳能电池发电为一种可持续的清洁能源来源，其利用半导体p-n结的光生伏特效应可以将太阳光转化成电能。

相关技术中的叠层电池可包括有机吸光层，有机吸光层可对太阳光进行吸收和透射，从有机吸光层透射的太阳光会入射至另一子电池的吸光层。然而，有机吸光层通常由给体材料和受体材料混合而成，使得给体材料和受体材料对光线的吸收和透射混同，对太阳光的吸收和透射的效果较差，导致叠层电池整体的光电转换效率较低。

基于此，如何设计有机吸光层以提高叠层电池的整体的光电转换效率，成为了亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请提供一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏***，旨在解决如何设计有机吸光层以提高叠层电池的整体的光电转换效率的问题。

本申请提供的太阳能叠层电池包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层、复合层、第三传输层、有机给体层、有机受体层、第四传输层和电极；所述有机给体层的厚度为10nm-80nm；所述有机受体层的厚度为30nm-60nm。

可选地，所述有机给体层为PTB7-Th层或PM6层。

可选地，所述有机受体层为IEICO-4F层、IT-4F层或Y7层中的一种。

可选地，所述第一传输层的厚度为5nm-50nm；

和/或，所述第二传输层的厚度为10nm-50nm；

和/或，所述第三传输层的厚度为5nm-50nm；

和/或，所述第四传输层的厚度为10nm-50nm。

可选地，所述第一传输层为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、NiO层、CuSCN 层中的一种。

可选地，所述第二传输层为SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的一种。

可选地，所述第三传输层为PEDOT：PSS层、NiO层、MoO₃层中的一种。

可选地，所述第四传输层为ZnO层或PFN-Br层。

本申请提供的电池组件，包括上述任一项的太阳能叠层电池。

本申请提供的光伏***，包括上述的电池组件。

本申请实施例的太阳能叠层电池、电池组件和光伏***，由于有机给体层和有机受体层为独立两层，故可以通过有机给体层和有机受体层分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层和有机受体层的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。

附图说明

图1是本申请实施例的太阳能叠层电池的结构示意图；

主要元件符号说明：

太阳能叠层电池100、玻璃基底11、导电层12、第一传输层13、钙钛矿吸光层14、第二传输层15、复合层101、第三传输层21、有机给体层22、有机受体层23、第四传输层24、电极25。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，由于有机给体层和有机受体层为独立两层，故可以通过有机给体层和有机受体层分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层和有机受体层的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池整体的光电转换效率。

实施例一

请参阅图1，本申请实施例的太阳能叠层电池100，包括依次层叠的玻璃基底11、导电层12、第一传输层13、钙钛矿吸光层14、第二传输层15、复合层 101、第三传输层21、有机给体层22、有机受体层23、第四传输层24和电极 25；有机给体层22的厚度为10nm-80nm；有机受体层23的厚度为30nm-60nm。

本申请实施例的太阳能叠层电池100，由于有机给体层22和有机受体层23 为独立两层，故可以通过有机给体层22和有机受体层23分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层22和有机受体层23的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。

可以理解，有机给体层22和有机受体层23可以吸收太阳光中波长较长的光线，透射太阳光中的部分波长较短的光线，透射的波长较短的光线可被钙钛矿吸光层14吸收。有机给体层22和有机受体层23分别对光线进行吸收和透射，可以基于各自的厚度来分别调整对光线吸收和透射的效果，灵活性更强，使得更多的短波从有机给体层22和有机受体层23透射，被钙钛矿吸光层14吸收，从而可以提高光电转换效率。

具体地，有机给体层22的厚度例如为10nm、35nm、40nm、55nm、80nm。

优选地，有机给体层22的厚度为35nm-55nm。例如为35nm、40nm、45nm、50nm、55nm。如此，使得有机给体层22的厚度更加合适，对光线的吸收和透射的效果更加合适，有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。

具体地，有机给体层22为P型层，HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占分子轨道)能级为-3ev～-6ev。

具体地，在将有机给体层22对应的液体涂布到有机受体层23后，可进行退火，形成有机给体层22。进一步地，退火温度为80℃-120℃。例如为80 ℃、85℃、100℃、113℃、120℃。进一步地，退火时间为10min-20min。例如为10min、12min、15min、18min、20min。如此，可以高效地制成有机给体层22，且有机给体层22的品质较好。

具体地，有机受体层23的厚度例如为30nm、35nm、40nm、50nm、60nm。

优选地，有机受体层23的厚度为40nm-50nm。例如为40nm、42nm、45nm、 48nm、50nm。如此，使得有机受体层23的厚度更加合适，对光线的吸收和透射的效果更加合适，有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。

具体地，有机受体层23为n型层，HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占分子轨道)能级为-3.5ev～-6.5ev。

具体地，在将有机受体层23对应的液体涂布到第三传输层21后，可进行阴干，形成有机受体层23。进一步地，阴干时间为10min-20min。例如为10min、 12min、15min、18min、20min。如此，可以高效地制成有机受体层23，且有机受体层23的品质较好。

具体地，玻璃基底11可为透明玻璃基底11。进一步地，玻璃基底11的透过率可大于90％。例如为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、 98％、99％、100％。如此，玻璃基底11的透光率高，可以使得更多的太阳光进入到太阳能叠层电池100，有利于提高光电转换效率。优选地，玻璃基底11的透光率为92％。

具体地，玻璃基底11包括浮法玻璃、压花玻璃、钢化玻璃、增透玻璃、PET、 PEN、PEI、PMMA中的一种或多种。如此，提供了多种形式的玻璃基底11，便于根据实际生产情况进行选择。

具体地，导电层12包括透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide， TCO)。如此，TCO能够有效收集太阳能叠层电池100的电流，保证了太阳能叠层电池100的正常工作。而且，TCO具有高透过性且可以减反射，可以让减少太阳光的损失。这样，有利于提高光电转换效率。

进一步地，透明导电氧化物包括氟掺杂氧化锡(Fluorine doped Tin Oxide，FTO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide， ITO)、铝掺杂氧化锌(Aluminum doped Zinc Oxide，AZO)、铝掺氧化锡 (Aluminum doped Tin Oxide，ATO)、铟掺氧化镓(Indium doped Gallium Oxide， IGO)中的一种或多种。

具体地，第一传输层13和第二传输层15中的一种为电子传输层，另一种为空穴传输层。如此，可以通过第一传输层13和第二传输层15及时传输被阳光激发出的空穴和电子，避免空穴和电子累积影响太阳能叠层电池100的寿命。而且，空穴传输层还可以阻挡电子，电子传输层还可以阻挡空穴，从而减小空穴和电子复合。

具体地，钙钛矿吸光层14的材料的晶体结构为ABX₃型，A为Cs⁺、 CH(NH₂)₂ ⁺、CH₃NH₃ ⁺、C(NH₂)₃ ⁺中的一种或多种，B为Pb²⁺、Sn²⁺中的至少一种，X为Br^-、I^-、Cl^-中的一种或多种。如此，使得钙钛矿吸光层14的吸光效果较好，有利于提高光电转换效率。

例如，A为Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Br^-；又如，A为Cs⁺和CH(NH₂)₂ ⁺，B为 Pb²⁺，X为Br^-；再如，A为Cs⁺，B为Pb²⁺和Sn²⁺，X为Br^-；例如，A为Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Br^-和I^-；又如，A为CH₃NH₃ ⁺和C(NH₂)₃ ⁺，B为Pb²⁺，X为I^-和Cl^-；再如，A为Cs⁺、CH(NH₂)₂ ⁺、CH₃NH₃ ⁺和C(NH₂)₃ ⁺，B为Pb²⁺和Sn²⁺， X为Br-、I-和Cl-。

具体地，钙钛矿吸光层14的厚度为300nm-600nm。例如为300nm、400nm、 500nm、600nm。如此，使得钙钛矿吸光层14的厚度处于合适范围，使得吸光效果较好，有利于提高光电转换效率。

具体地，复合层101为ITO层、银层或层叠的ITO层和银层。如此，使得两个子电池电性导通，保证太阳能叠层电池100的正常功能。

具体地，复合层101的厚度为10nm-40nm。例如为10nm、15nm、20nm、 30nm、40nm。如此，使得复合层101的厚度处于合适范围，可以避免厚度过小导致的导电效果较差，也可以避免厚度过大导致的材料浪费。

具体地，第三传输层21和第四传输层24中的一种为电子传输层，另一种为空穴传输层。如此，可以通过第三传输层21和第四传输层24及时传输被阳光激发出的空穴和电子，避免空穴和电子累积影响太阳能叠层电池100的寿命。而且，空穴传输层还可以阻挡电子，电子传输层还可以阻挡空穴，从而减小空穴和电子复合。

具体地，电极25包括金、银、铝、石墨烯中的一种或多种。如此，电极 25的导电性能较好，能够将电流从太阳能叠层电池100导出。

具体地，电极25的厚度为10nm-30nm。例如为10nm、15nm、20nm、25nm、 30nm。如此，使得电极25的厚度处于合适范围，可以避免厚度过小导致的将电流导出的效果较差，也可以避免厚度过大导致的材料浪费。

可选地，在制作太阳能叠层电池100时，可清洗带有导电层12的玻璃基底 11；在导电层12上沉积第一传输层13；在第一传输层13沉积钙钛矿吸光层14；在第一吸光层上沉积第二传输层15；在第二传输层15上沉积复合层101；在复合层101上沉积第三传输层21；在第三传输层21上沉积有机给体层22；在有机给体层22上沉积有机受体层23；在有机受体层23上沉积第四传输层24；在第四传输层24上沉积电极25。

具体地，在清洗带有导电层12的玻璃基底11时，可依次利用无磷清洁剂、去离子水、丙酮、IPA以超声清洗带有导电层12的玻璃基底11；再利用高纯氮气吹洗。进一步地，超声清洗的时长为10min-20min，例如为12min、15min、 18min、20min。优选地，超声清洗的时长为15min。如此，使得清洗效果更好，便于后续的膜层的沉积。

具体地，在沉积上述的一种膜层时，可采用溶液涂布法、物理气相沉积法、丝网印刷法、化学气相沉积、电镀、化学镀、离子镀中的一种或多种。

实施例二

在一些可选实施例中，有机给体层22为PTB7-Th层或PM6层。

如此，使得有机给体层22的材料合适，对光线进行吸收和透射的效果较为合适，既可以吸收光线以产生电流，又可以透射光线使其被钙钛矿吸光层14 吸收，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例三

在一些可选实施例中，有机受体层23为IEICO-4F层、IT-4F层或Y7层中的一种。

如此，使得有机受体层23的材料合适，对光线进行吸收和透射的效果较为合适，既可以吸收光线以产生电流，又可以透射光线使其被钙钛矿吸光层14 吸收，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例四

在一些可选实施例中，第一传输层13的厚度为5nm-50nm。例如为5nm、 10nm、25nm、40nm、50nm。如此，使得第一传输层13的厚度处于合适的范围，传输载流子的效果更好。

在一些可选实施例中，第二传输层15的厚度为10nm-50nm。例如为10nm、 25nm、40nm、50nm。如此，使得第二传输层15的厚度处于合适的范围，传输载流子的效果更好。

在一些可选实施例中，第三传输层21的厚度为5nm-50nm。例如为5nm、 10nm、25nm、40nm、50nm。如此，使得第三传输层21的厚度处于合适的范围，传输载流子的效果更好。

在一些可选实施例中，第四传输层24的厚度为10nm-50nm。例如为10nm、 25nm、40nm、50nm。如此，使得第四传输层24的厚度处于合适的范围，传输载流子的效果更好。

具体地，第一传输层13、第二传输层15、第三传输层21和第四传输层24 的厚度可以全部相同；第一传输层13、第二传输层15、第三传输层21和第四传输层24的厚度也可以全部不同；还可以是，第一传输层13、第二传输层15、第三传输层21和第四传输层24中的部分膜层厚度相同，其余膜层厚度不同。在此不对第一传输层13、第二传输层15、第三传输层21和第四传输层24的厚度关系进行限定。

实施例五

在一些可选实施例中，第一传输层13为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、 NiO层、CuSCN层中的一种。

如此，使得第一传输层13的材料合适，传输空穴，阻挡电子的效果较好。同时，使得第一传输层13与导电层12和钙钛矿吸光层14的配合较好。这样，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例六

在一些可选实施例中，第二传输层15为SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的一种。

如此，使得第二传输层15的材料合适，传输电子，阻挡空穴的效果较好，有利于提高整体的光电转换效率。同时，使得第二传输层15与复合层101和钙钛矿吸光层14的配合较好。这样，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例七

在一些可选实施例中，第三传输层21为PEDOT：PSS层、NiO层、MoO₃层中的一种。

如此，使得第三传输层21的材料合适，传输空穴，阻挡电子的效果较好。同时，使得第三传输层21与复合层101和有机给体层22的配合较好。这样，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例八

在一些可选实施例中，第四传输层24为ZnO层或PFN-Br层。

如此，使得第四传输层24的材料合适，传输电子，阻挡空穴的效果较好。同时，使得第四传输层24与有机受体层23的配合较好。这样，有利于提高整体的光电转换效率。

实施例九

本申请实施例的电池组件，包括实施例一至实施例九任一项的太阳能叠层电池100。

本申请实施例的电池组件，由于有机给体层22和有机受体层23为独立两层，故可以通过有机给体层22和有机受体层23分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层22和有机受体层23的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。

在本实施例中，电池组件中的多个太阳能叠层电池100可依次串接在一起从而实现形成电池串，从而实现电流的串联汇流输出，例如，可通过设置焊带 (汇流条、互联条)、导电背板等方式来实现电池片的串接。

可以理解的是，在这样的实施例中，电池组件还可包括金属框架、背板、光伏玻璃和胶膜。胶膜可填充在太阳能叠层电池100正面和背面及光伏玻璃、相邻电池片等之间，作为填充物，其可为良好的透光性能和耐老化性能的透明胶体，例如胶膜可采用EVA胶膜或者POE胶膜，具体可根据实际情况进行选择，在此不作限制。

光伏玻璃可覆盖在太阳能叠层电池100的正面的胶膜上，光伏玻璃可为超白玻璃，其具有高透光率、高透明性，并且具有优越的物理、机械以及光学性能，例如，超白玻璃的透光率可达92％以上，其可在尽可能不影响太阳能叠层电池100的效率的情况下对太阳能叠层电池100进行保护。同时，胶膜可将光伏玻璃和太阳能叠层电池100黏合在一起，胶膜的存在可以对太阳能叠层电池 100进行密封绝缘以及防水防潮。

背板可贴附在太阳能叠层电池100背面的胶膜上，背板可以对太阳能叠层电池100起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性，背板可以有多重选择，通常可为钢化玻璃、有机玻璃、铝合金TPT复合胶膜等，其具体可根据具体情况进行设置，在此不作限制。背板、太阳能叠层电池100、胶膜以及光伏玻璃组成的整体可设置在金属框架上，金属框架作为整个电池组件的主要外部支撑结构，且可为电池组件进行稳定的支撑和安装，例如，可通过金属框架将电池组件安装在所需要安装的位置。

实施例十

本申请实施例的光伏***，包括实施例九的电池组件。

本申请实施例的光伏***，由于有机给体层22和有机受体层23为独立两层，故可以通过有机给体层22和有机受体层23分别对光线进行吸收和透射，不会混同。而且，由于有机给体层22和有机受体层23的厚度分别处于合适的范围，故对光线的吸收和透射的效果较为合适。这样，有利于提高太阳能叠层电池100整体的光电转换效率。

在本实施例中，光伏***可应用在光伏电站中，例如地面电站、屋顶电站、水面电站等，也可应用在利用太阳能进行发电的设备或者装置上，例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能建筑等等。当然，可以理解的是，光伏***的应用场景不限于此，也即是说，光伏***可应用在需要采用太阳能进行发电的所有领域中。以光伏发电***网为例，光伏***可包括光伏阵列、汇流箱和逆变器，光伏阵列可为多个电池组件的阵列组合，例如，多个电池组件可组成多个光伏阵列，光伏阵列连接汇流箱，汇流箱可对光伏阵列所产生的电流进行汇流，汇流后的电流流经逆变器转换成市电电网要求的交流电之后接入市电网络以实现太阳能供电。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。而且，本申请各实施例或示例中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中，以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种太阳能叠层电池，其特征在于，包括依次层叠的玻璃基底、导电层、第一传输层、钙钛矿吸光层、第二传输层、复合层、第三传输层、有机给体层、有机受体层、第四传输层和电极；所述有机给体层的厚度为10nm-80nm；所述有机受体层的厚度为30nm-60nm。

2.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述有机给体层为PTB7-Th层或PM6层。

3.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述有机受体层为IEICO-4F层、IT-4F层或Y7层中的一种。

4.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第一传输层的厚度为5nm-50nm；

和/或，所述第二传输层的厚度为10nm-50nm；

和/或，所述第三传输层的厚度为5nm-50nm；

和/或，所述第四传输层的厚度为10nm-50nm。

5.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第一传输层为PEDOT：PSS层、Spiro-oMeTad层、NiO层、CuSCN层中的一种。

6.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第二传输层为SnO₂层、TiO₂层、ZnSnO₄层中的一种。

7.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第三传输层为PEDOT、PSS层、NiO层、MoO₃层中的一种。

8.根据权利要求1所述的太阳能叠层电池，其特征在于，所述第四传输层为ZnO层或PFN-Br层。

9.一种电池组件，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的太阳能叠层电池。

10.一种光伏***，其特征在于，包括权利要求9所述的电池组件。

Images