[发明专利]高效堆叠的太阳能电池

说明书

本发明提供了具有光子接收表面和第一单同质结硅太阳能电池的光伏装置。所述第一单同质结硅太阳能电池包含具有相反极性的两个掺杂硅部并且具有第一带隙。所述光伏装置进一步包含第二太阳能电池结构，所述第二太阳能电池结构具有含钙钛矿结构的吸收体材料和具有比所述第一带隙大的第二带隙。所述光伏装置设置为使得每个所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池吸收由所述光子接收表面接收的部分光子。

技术领域

本发明广义地涉及包含多个堆叠的太阳能电池的光伏装置。

背景技术

在过去的几年中，硅太阳能电池的成本已经大幅下降，并且可以预期在未来的十年中硅技术将仍然稳固地保持为主导的光伏技术。对这种太阳能电池的转换效率的改进将继续成为决定性因素。然而，基于单结硅(single junction silicon)的太阳能电池具有29％的理论效率极限(theoretical efficiency limit)，以及已经被基于实验室太阳能电池证实的约为25％的记录效率(record efficiencies)。

为了进一步提高硅基太阳能电池的效率，最可行的方法是在硅基太阳能电池的顶部上叠加不同的材料的电池(cells)。通过在硅基太阳能电池上堆叠另外的太阳能电池，理论可能的性能(theorectically possible performance)可从29％提高到42.5％。通过在所述硅基电池上堆叠两个另外的太阳能电池，该理论可能的性能可提高到47.5％。

以合理的成本制造这种高性能的光伏材料是面临的挑战。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了一种光伏装置，包括：

光子接收表面；

第一单同质结硅太阳能电池(a first single homojunction silicon solarcell)，包含具有相反极性的两个掺杂硅部(doped silicon portions)且具有第一带隙(afirst bandgap)；和

第二太阳能电池结构，包含具有钙钛矿结构(Perovskite structure)的吸收体材料(absorber material)和具有比所述第一带隙大的第二带隙；

其中所述光伏装置设置为使得每个所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池吸收由所述光子接收表面接收的部分光子。

本发明的实施例将硅太阳能电池的优点与钙钛矿电池的优点结合，并提供了与单硅基电池相比具有提高的转化效率的堆叠电池。

所述光伏装置可设置为使得具有的能量接近所述第二带隙的能量，或甚至超过所述第二带隙的能量的光子部分穿过所述至少一个所述第二太阳能电池结构的一部分，并且被所述第一太阳能电池结构吸收。

所述第二太阳能电池可以是以堆叠体状配置的多个第二太阳能电池中的一个，并且堆叠体的每个第二太阳能电池可包含具有钙钛矿结构的吸收体材料和，以及比位于所述堆叠体中的下方的第二太阳能电池的带隙大的带隙。

在一些实施例中，所述第一硅太阳能电池具有结区域(junction region)，所述结区域包含与第一极性相关联的掺杂原子(dopant atoms)，并且所述掺杂原子扩散到第二极性的硅材料中。

在替代性实施例中，所述第一硅太阳能电池具有结区域，所述结区域具有与植入到第二极性的硅材料中的第一极性相关联的掺杂原子。

在另外的替代性实施例中，所述第一硅太阳能电池包含生长在第二极性的硅层的表面部分的第一极性的硅层。所述第一极性的硅层可以是外延硅层(epitaxial siliconlayer)。

根据第二方面，本发明提供了一种光伏装置，包含：

光子接收表面；