技术领域
[0001] 本申请涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种叠层电池、晶硅钙钛矿叠层电池的制备方法及相关光伏器件。
相关背景技术
[0002] 太阳能电池中，在电池的正面即朝向阳光的一面设置栅线和电极，会基于电极的长波反射、吸收，金属栅线的遮挡等因素，影响太阳能电池对光的吸收，降低光电转换效率。
[0003] 另一方面，在叠层电池中还包括钝化层，钝化层的材料不仅要考虑到钝化效率，还要兼顾其导电性，其对钝化层材料的要求较高。
具体实施方式
[0039] 在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。
因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
[0040] 图1示出根据本申请实施例的叠层电池的结构示意图。图2示出根据本申请实施例的叠层电池的载流子运动过程示意图。如图1和图2所示，该叠层电池包括：第一光吸收层
100、复合层200、电极层300和第二光吸收层400。
[0041] 第一光吸收层100被纵向区分为多个有源区120。有源区120可以是指有载流子移动的区域。第一光吸收层100可以为具有吸收光能，并被光能激发产生载流子的功能的层，
例如钙钛矿层、硅晶层等。
[0042] 复合层200叠设于第一光吸收层100的正面。正面可以为朝向阳光的一面，反之，背面为背向阳光的一面。
[0043] 本申请实施例提供一种叠层电池，使得叠层电池的正面不设有栅线和电极。第一光吸收层100为位于叠层电池的底部的光吸收层；叠层电池的顶部还设有第二光吸收层
400，第二光吸收层400的正面不设有栅线和电极。叠层电池可以合并第一光吸收层100和第
二光吸收层400吸收并转换的电能，以提高电池的光电转换效率。
[0044] 复合层200叠设于第一光吸收层100的正面，同时位于第二光吸收层400的背面。复合层200在第一光吸收层100和第二光吸收层400之间，实现载流子的复合。
[0045] 本申请实施例中，对应第一光吸收层100的多个有源区120，复合层200被纵向区分为多个复合通道。具体地，对应一个有源区120，复合层200有一个复合通道，以使得有源区
120的载流子可以流至与有源区120对应的复合通道。
[0046] 一个复合通道中包括叠设的下层材料和上层材料，下层材料和上层材料的极性相反。例如，一个复合通道中，上层材料为N型材料，则下层材料为P型材料；而另一复合通道
中，上层材料可以为P型材料，下层材料则为N型材料。
[0047] 本申请实施例中，N型材料包括但不限于N型单晶硅、N型多晶硅、N型非晶硅、TiO2、SnO2、ZnO、ZrO2、NbxOy，GZO、IZO、FTO、ITO、BaSnO3、TiSnOx、SnZnOx、富勒烯及衍生物(C60、
C70、PCBM)中的一种或多种。
[0048] 其中，PCBM是富勒烯的衍生物，常见的有[60]PCBM和[70]PCBM。[60]PCBM的全称为：[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯；[70]PCBM的全称为[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯。
[0049] 本申请实施例中，P型层材料包括但不限于P型单晶硅、P型多晶硅、P型非晶硅、单分子自组装材料、[2‑(9H‑咔唑‑9‑基)乙基]膦酸(2PACz)、[2‑(3,6‑二甲氧基‑9H‑咔唑‑9‑
基)乙基]膦酸(MeO‑2PACz)、[4‑(3,6‑二甲基‑9H‑咔唑‑9‑基)丁基]膦酸(Me‑4PACz)、苯甲
酸、4‑[双(2,4‑二甲氧基联苯‑4‑基)氨基]‑联苯‑4‑羧酸[MC‑43]、Sprio‑OMeTAD(2,2',7,
7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴)、PTAA(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、P3HT
(3‑己基噻吩的聚合物)、PEDOT:PSS、Spiro‑TTB、F4‑TCNQ、F6TCNNQ、TAPC、ATO、NiOx、CuSCN、
CuAlO2、V2O5、CdS、CdSe中的一种或多种。
[0050] 本申请实施例中，复合通道中，上层材料或下层材料的厚度为大于0μm且小于100μm。上层材料与下层材料的厚度可以不同。
[0051] 电极层300叠设于第一光吸收层100的背面；对应多个有源区120，电极层300被纵向区分为多个电极通道；其中一个有源区120对应一个电极通道和一个与电极通道相对的
复合通道；电极通道中的电极材料和与电极通道相对的复合通道的下层材料的极性相反。
[0052] 电极层300叠设于第一光吸收层100的背面，叠层电池的栅线和焊带都设置于背面，不会影响光的吸收，提高叠层电池的光电转换效率。
[0053] 本申请实施例中，对应第一光吸收层100的多个有源区120，电极层300被纵向区分为多个电极通道。具体地，对应一个有源区120，电极层300有一个电极通道，以使得有源区
120的载流子可以流至与有源区120对应的电极通道。
[0054] 如图2所示，本申请实施例中，一个电极通道、一个有源区120以及一个复合通道形成了载流子传输的传输通道。载流子在该传输通道内流动，产生电流。
[0055] 叠层电池还包括第二光吸收层400，第二光吸收层400叠设于复合层200的正面。第二光吸收层400位于整个叠层电池的正面，以吸收光能。
[0056] 如图2所示，第一传输通道中，复合通道的下层材料为P型材料为P型材料，则该复合通道内的上层材料为N型材料，该第一传输通道中的电极通道的材料为N型材料。在第二
传输通道中，第二传输通道可以为与第一传输通道相邻的通道，也可以为不相邻的通道；复
合通道的下层材料为N型材料，上层材料为P型材料，电极通道为P型材料。第一传输通道中
的有源区120产生的电子电荷朝向电极层300流动，空穴电荷朝向复合层200流动；第二传输
通道中的有源区120产生的电子电荷朝向复合层200流动，空穴电荷朝向电极层300流动；第
二光吸收层400产生的电子电荷朝向上层材料为N型材料的复合通道流动，空穴电荷朝向上
层材料为P型材料的复合通道流动。
[0057] 通过从不同极性的电极通道中引出电极引线，极性为N型材料的电极通道引出负极引线502，极性为P型材料的电极通道引出正极引线501，以为外部用电器件供电。
[0058] 载流子通过传输通道流经至第二光吸收层400，流至第二光吸收层400中的载流子或者第二光吸收层400基于接收的光子激发产生的载流子，又可以经过任一传输通道流向
电极层300，形成电荷的流动。
[0059] 本申请实施例提供的叠层电池结构，可以实现将电池的金属栅线、点击等设置于电池的背面，避免栅线遮挡电池的正面，影响对光的吸收。
[0060] 在一种实施方式中，第一光吸收层100还包括多个纵向贯穿第一光吸收层100的第一阻隔区110；多个第一阻隔区110将第一光吸收层100纵向区分为多个有源区120。
[0061] 复合层200还包括多个纵向贯穿复合层200的第二阻隔区210，多个第二阻隔区210将复合层200纵向区分为多个复合通道。
[0062] 电极层300还包括多个纵向贯穿电极层300的第三阻隔区310，多个第三阻隔区310将电极层300纵向区分为多个电极通道。
[0063] 第一阻隔区110、第二阻隔区210和第三阻隔区310分别用于阻止载流子在传输通道之间横向流动，以引导载流子沿着电极通道、有源区120和复合通道构成的传输通道中流
动，确保载流子的有序移动。
[0064] 一个第一阻隔区110与一个第二阻隔区210和一个第三阻隔区310串接，以使得复合通道、有源区120、电极通道形成载流子传输的通道。
[0065] 在一种实施方式中，第二阻隔区210以及第三阻隔区310的材料包括SiO2、Al2O3、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethyl Methacrylate)和SiNx中的一种或多种。
[0066] 第二阻隔区210以及第三阻隔区310的材料均为绝缘材料，不参与且不影响电荷的流动。
[0067] 在一种实施方式中，在第一光吸收层100的材料的载流子扩散长度大于预设阈值的情况下，第一阻隔区110的材料包括SiO2、Al2O3、聚甲基丙烯酸甲酯和SiNx中的一种或多
种；第一阻隔区110的材料采用与第二阻隔区210以及第三阻隔区310相同的材料。
[0068] 对于第一阻隔区110，在第一光吸收层100的材料的载流子扩散长度大于预设阈值的情况下，第一阻隔区110采用绝缘材料。载流子扩散长度大于预设阈值，例如第一光吸收
层100的材料为硅的情况下，第一阻隔区110采用绝缘材料。
[0069] 为了方便沉积，第一阻隔区110、第二阻隔区210以及第三阻隔区310可以采用相同的材料制得，提高叠层电池的制备效率。
[0070] 在一种实施方式中，在第一光吸收层100的材料的载流子扩散长度小于预设阈值的情况下，第一阻隔区110的材料的宽度为0μm。
[0071] 在第一光吸收层100的材料的载流子扩散长度小于预设阈值的情况下，例如第一光吸收层100的材料为钙钛矿材料或有机材料的情况下，载流子横向移动至另一有源区120
的情况较少，第一阻隔区110的宽度可以为0，即可以不设置第一阻隔区110，可以简化叠层
电池的制备流程。
[0072] 预设阈值可以是根据实际情况确定的。
[0073] 在一个示例中，确定第一光吸收层100中设置第一阻隔区110还是不设置第一阻隔区110，可以基于第一光吸收层100的材料确定。
[0074] 在一种实施方式中，第一阻隔区110的宽度小于第二阻隔区210的宽度，且小于第三阻隔区310的宽度。可以确保有源区120的空间，以更多地吸收光能并产生载流子，同时可
以在传输通道的中部增加空间，方便载流子的快速移动。
[0075] 在一种实施方式中，第一阻隔区110的数目为3‑10个；第一阻隔区110的宽度为0μm‑100μm。
[0076] 一个电池片中，可以设置3‑10个第一阻隔区110。第一阻隔区110通常由第一光吸收层100的一侧延伸至相对侧，第一阻隔区110的数目为3个，则可以将第一光吸收层100纵
向区分为5个有源区120，形成了5个载流子传输的通道。
[0077] 在一些场景中，可以根据叠层电池的光电转换效率的要求，设定预设尺寸的第一光吸收层100需要设置第一阻隔区110的数目。
[0078] 在一些其他的场景中，还可以通过多次实验测试，以获得预设尺寸的第一光吸收层100设置第一阻隔区110的最有数目，使得叠层电池的光电转换效率等性能参数最优
[0079] 在一种实施方式中，第二阻隔区210的宽度与第三阻隔区310的宽度相同，第一阻隔区110的宽度与第二阻隔区210的宽度之差为2‑10μm。
[0080] 第二阻隔区210的宽度与第三阻隔区310的宽度相同，可以使得复合通道和电极通道的尺寸相同，达到载流子的平衡。另一方面，也可以简化制备流程，沉积第二阻隔区210和
第三阻隔区310时，不需要切换参数。
[0081] 第二阻隔区210的宽度与第三阻隔区310的宽度不能太大，太大会影响载流子传输的空间，阻碍载流子的传输。
[0082] 在一个示例中，第二阻隔区210的宽度与第三阻隔区310的宽度可以为在大于第一阻隔区110的宽度的情况下，优先选择较小的合适宽度。
[0083] 在一种实施方式中，多个电极通道中，相邻电极通道中电极材料的极性相反。
[0084] 相邻电极通道中电极材料的极性相反，即如图2所示的设置，可以使得电子载荷和空穴载荷能更容易地找到最短流向相应电极的路径。
[0085] 在一种实施方式中，还包括：钝化层，钝化层叠设于第二光吸收层400的正面；钝化层采用绝缘材料制得。
[0086] 本申请实施例中，由于第二光吸收层400的正面不需要布栅线和电极，在第二光吸收层400的正面的钝化层可以不需要兼顾钝化和导电性能。钝化层可以采用绝缘的材料制
得，可以丰富钝化层的材料的选择范围，此外还可以尽可能采用成本低的材料制备，节省成
本。
[0087] 在一个示例中，钝化层可以采用Al2O3制得。
[0088] 在一种实施方式中，第二光吸收层400的带隙大于第一光吸收层100的带隙，第一光吸收层100或第二光吸收层400采用晶硅材料、铜铟镓硒材料、钙钛矿材料、碲化镉材料、
砷化镓材料或者有机光伏材料制得。
[0089] 第二光吸收层400的带隙大于第一光吸收层100的带隙，使得波长较短的光被外侧的第二光吸收层400吸收利用，波长较长的光被第一光吸收层100吸收利用。第二光吸收层
400和第一光吸收层100可以分别吸收不同波长范围的光谱，可以提高光的吸收率。
[0090] 上述实施例的叠层电池的其他构成可以采用于本领域普通技术人员现在和未来知悉的各种技术方案，这里不再详细描述。
[0091] 本申请实施例还提供一种晶硅钙钛矿叠层电池的制备方法，如图3所示，该制备方法包括：
[0092] S310，获得硅衬底层。
[0093] 硅衬底层可以采用具有绒面的结构。
[0094] S320，在硅衬底层划刻出多条划线，多条划线将硅衬底层纵向区分为多个有源区。
[0095] 在硅衬底层划刻出多条划线，可以通过在硅衬底层的正反面，通过多次旋涂光刻胶，紫外光刻出多条划线。
[0096] S330，在划线位置沉积第一阻隔区的材料。
[0097] 可以采用原子沉积的方式沉积绝缘材料，以将多个有源区隔挡开。
[0098] S340，在硅衬底层的正面和背面，对应第一阻隔区的位置，分别沉积第二阻隔区和第三阻隔区的材料；第二阻隔区将硅衬底层的正面形成多个复合通道，第三阻隔区将硅衬
底层的背面形成多个电极通道。
[0099] 同样的，可以采用原子沉积的方式沉积绝缘材料，获得第二阻隔区和第三阻隔区。沉积第二阻隔区和第三阻隔区的时候，可以借助掩膜，避免沉积在第二阻隔区和第三阻隔
区之外的区域。
[0100] S350，按照预设的排布规则，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD，plasma enhanced chemical vapor deposition)在多个复合通道分别进行N型扩散与P型扩散。预
设的排布规则即为根据载流子移动需求，或者载流子传输通道的传输要求设置的。例如，第
一复合通道中，下层沉积N型材料，则进行N型扩散；上层沉积P型材料，则进行P型扩散；第二
复合通道中，下层沉积P型材料，则进行P型扩散；上层沉积N型材料，则进行N型扩散。
[0101] S360，对应复合通道沉积的材料，在与复合通道相对的电极通道中沉积与之相适配的电极材料。
[0102] 电极通道中的电极材料和与电极通道相对的复合通道的上层材料的极性相同。但是电极材料可以与上层材料分别选用不同的材料。
[0103] S370，朝向硅衬底层的正面，沉积钙钛矿层。
[0104] 沉积钙钛矿层的方法包括但不限于旋涂、刮涂、蒸镀、印刷、喷涂、喷雾热解、狭缝涂布的一种或多种。
[0105] 朝向硅衬底层的正面，沉积钙钛矿层，由于硅衬底层的正面已经沉积了复合层的材料，因此朝向硅衬底层的正面沉积钙钛矿层相当于在复合层的正面沉积钙钛矿层。
[0106] 本申请实施例提供的制备方法制得的晶硅钙钛矿叠层电池，包括如下优势：
[0107] 钙钛矿顶电池表面无需导电玻璃材料与银栅线，大大提升了光学通过性，减少了光学损失，效率提升空间进一步增加。
[0108] 钙钛矿层的上表面无金属电极，下表面与晶硅衬底接触，避免了金属在功能层中扩散开并于钙钛矿层接触，大幅提升了钙钛矿的稳定性。
[0109] 叠层电池的电极已经预先在晶硅底电池上设计制备，钙钛矿层制备完成后无需金属化过程，减少了金属化的难度，且无金属化过程对钙钛矿材料的破坏。
[0110] 钙钛矿底部隧穿层结构可用NiOx，SnOx等廉价材料，无需使用C60，可规避C60引起的成本及稳定性问题。
[0111] 钙钛矿表面的钝化层无需考虑载流子的传输能力，大幅拓宽表面钝化材料的选择空间。
[0112] 下面具体实施例对本申请作进一步详细说明，但不应理解为对本申请的限制。在不背离本申请精神和实质的情况下，对本申请方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于
本申请的范围。
[0113] 【实施例1】
[0114] 采用本申请实施例提供的晶硅钙钛矿叠层电池的制备方法制备晶硅钙钛矿叠层电池。复合通道中，上层材料与下层材料的厚度均为60μm。第二阻隔区和第三阻隔区的宽度
为15μm；第一阻隔区的厚度为10μm；第一阻隔区、第二阻隔区和第三阻隔区均采用原子沉积
法制备，材料为SiO2。N型材料为SnO2，p型材料为NiOx。
[0115] 【对比例1】
[0116] 采用传统方法制备传统结构的晶硅钙钛矿叠层电池。其制备的各种模层的材料、厚度均与实施例1的相同。例如，钙钛矿层的厚度为1500nm，硅晶衬底为N型硅片，厚度为30μ
m，硅晶衬底的绒度为1μm。
[0117] 对实施例1和对比例1制得的叠层电池进行性能测试，获得相应电池器件的开路电压Voc、短路电流密度Jsc、填充因子FF、光电转换效率PCE，其测试结果如表1所示。
[0118] 表1.对实施例1和对比例1的叠层电池的性能测试数据
[0119] VOC(V) JSC(mA/cm2) FF(％) PCE(％)实施例1 3.05 11.9 80.5 29.2
对比例1 2.21 11.6 82.2 21.1
[0120] 由表1的数据可以表明，本申请实施例1制得的晶硅钙钛矿叠层电池，其开路电压Voc、短路电流密度Jsc、光电转换效率PCE均有显著提升，而其中的填充因子FF下降是由于
顶底电池电流失配导致的。
[0121] 本申请实施例还提供一种光伏组件，包括：至少一个电池串，电池串包括至少两个如上述实施例任一实施方面的叠层电池。
[0122] 本申请实施例还提供一种光伏系统，包括上述实施例任一实施方面的光伏组件。上述光伏组件所具备的优势，该光伏系统同样具备，在此不再赘述。上述光伏系统的应用领
域广泛，不仅限于光伏电站，如地面电站、屋顶电站和水面电站，还包括各种利用太阳能发
电的设备和装置，例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车和太阳能建筑等。当然，可
以理解的是，光伏系统的应用场景不限于此，也即是说，光伏系统可应用在需要采用太阳能
进行发电的所有领域中。以光伏发电系统网为例，光伏系统可包括光伏阵列、汇流箱和逆变
器，光伏阵列可为多个光伏组件的阵列组合，例如，多个光伏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。
[0123] 在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或
元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0124] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除
非另有明确具体的限定。
[0125] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可
以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0126] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。
[0127] 上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并
且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，
这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的
关系。
[0128] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，
这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保
护范围为准。
