[发明专利]一种叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。现有叠层太阳能电池的工艺都处于实验室阶段，尚未形成大面积光伏组件；叠层太阳能电池的效率与理论效率仍有较大差距；限制了叠层太阳能电池的商业化应用。本申请提供了一种叠层太阳能电池，在第一方向上包括依次设置的第一电池单元、连接单元和第二电池单元，所述第一方向为由所述第一电池单元指向所述第二电池单元的方向；所述第一电池单元为铜镉锌锡硒太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池或者铜铟硒族p型化合物太阳能电池，所述第二电池单元为钙钛矿太阳能电池。解决叠层光伏器件性能提升瓶颈和大面积量产的难题。

技术领域

本申请属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机金属卤化物钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cell)，属于第三代新型太阳能电池。钙钛矿材料的优势包括：较低的载流子复合几率、较长的扩散距离和可溶液法制备的工艺，因此钙钛矿太阳能电池光电转换效率飞速增长。而钙钛矿材料的一个显著特点就是可以通过组分工程进行能带从1.17eV～3.1eV的连续可调。因此钙钛矿太阳能电池非常适合构建叠层太阳能电池。

目前广泛研究的是钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，如专利CN113193002A。其晶硅低电池具有1.12eV的带隙宽度，使得与其匹配的钙钛矿太阳能电池需达到1.8eV以上的带隙，同时对钙钛矿顶电池的低温制备工艺要求更高，这为高效的钙钛矿顶电池制备带来了相当大的困难。使得钙钛矿/晶硅叠层技术的整体性能提升受限于钙钛矿顶电池的光电转换效率。

锌黄锡矿(kesterite)太阳能电池，属于第二代薄膜太阳能电池，具有代表性的是铜镉锌锡硒(Cu₂ZnSnSe₄，CZTSe)光吸收材料。铜镉锌锡硒作为叠层低电池光吸收层材料的优势在于：1、带隙约为1eV，可有效吸收近红外波段的光子；2、铜镉锌锡硒合成的源材料在自然界中来源更加广泛且无毒，制备成本更低。尤其是真空法制备的铜镉锌锡硒太阳能电池更适合大面积光伏组件的实现。

现有技术方案多采用钙钛矿/铜铟镓硒的叠层电池结构，如专利CN113257940A，但是铟和镓元素在自然界储量稀有，同时被显示等行业大量开采，不利于支撑叠层光伏组件的长期发展。

叠层太阳能电池通过将太阳光分成多个波段，从正面到背面，依次采用带隙逐渐降低的子电池单元吸收不同能量的太阳光，能够拓宽整体结构对太阳光谱的响应波段，减少辐射热能量损失，因此，叠层太阳能电池的光电转换效率有望超过单结电池的Shockley～Queisser理论极限效率，具有广泛的研究前景。

但是，现有叠层太阳能电池的工艺都处于实验室阶段，尚未形成大面积光伏组件；叠层太阳能电池的效率与理论效率仍有较大差距；限制了叠层太阳能电池的商业化应用。

发明内容

1.要解决的技术问题

现有叠层太阳能电池的顶电池技术多采用钙钛矿、碲化镉、砷化镓等，低电池技术多采用晶硅、铜铟镓硒族，但是镉元素巨毒，砷化镓材料制备成本高，都无法成为大面积量产叠层光伏组件的首选。而钙钛矿/晶硅叠层电池中，与晶硅1.12eV匹配的钙钛矿材料能带需1.8eV以上，而大带隙钙钛矿吸光材料的制备具有相当大的难度，且对电池制备工艺的温度要求在200度以下，限制了钙钛矿顶电池中电荷传输层的应用，使得钙钛矿/硅叠层太阳能电池体系的整体效率受限。

2.技术方案

为了解决上述的技术问题，本申请提供了一种叠层太阳能电池，在第一方向上包括依次设置的第一电池单元、连接单元和第二电池单元，所述第一方向为由所述第一电池单元指向所述第二电池单元的方向；所述第一电池单元为铜镉锌锡硒太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池或者铜铟硒族p型化合物太阳能电池，所述第二电池单元为钙钛矿太阳能电池。