技术领域
[0001] 本申请涉及电池领域，尤其涉及一种叠层电池组件及其制备方法、叠层电池。
相关背景技术
[0002] 通过第一电池单元与第二电池单元叠层形成的叠层电池组件，可以利用不同电池单元吸收波长的错位以有效拓宽光谱响应范围，从而可以进一步的提升光伏器件的光电转化效率。
[0003] 然而，相关技术中的叠层电池组件还存在不足。
具体实施方式
[0054] 下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
[0055] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0056] 下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的实施例的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0057] 通过第一电池单元与第二电池单元叠层形成的叠层电池组件，可以利用上下两侧不同电池单元吸收波长的错位以有效拓宽光谱响应范围，从而可以进一步的提升光伏器件的光电转化效率。
[0058] 然而，相关技术中的叠层电池组件还存在不足。
[0059] 相关技术1中，为了增加第一电池单元的光入射效率，第一电池单元的光入射面制备有凹凸结构。虽然通过蒸镀或者蒸镀结合涂布的工艺制备的第二电池单元的光敏层可以较好的适配第一电池单元的光入射面，但蒸镀工艺难度较大，材料利用率低，而且会导致光敏层的配方比例的失衡，最终导致第二电池单元的效率不高的问题。
[0060] 相关技术2中，对第一电池单元的光入射面进行磨平或者调整为小绒面的平坦化处理，这种平坦化处理方式虽然可支持后续的光敏层的涂布工艺，但会导致入射光线在第一电池单元的光入射面发生强反射，进而导致第一电池单元的效率下降。
[0061] 为了解决上述技术问题，提出了本申请。为了更好地理解本申请，下面结合图1至图11根据本申请实施例的叠层电池组件及其制备方法、叠层电池进行详细描述。
[0062] 请结合参阅图1和图2，图1是本申请第一方面实施例提供的一种叠层电池组件的结构示意图，图2是图1所示叠层电池组件中第一电池单元和平坦化层的结构示意图。
[0063] 如图1所示，本申请的实施例提供了一种叠层电池组件，叠层电池组件包括层叠设置的第一电池单元1及第二电池单元3，第一电池单元1具有光入射面11，光入射面11具有凹凸结构111，第二电池单元3包括层叠设于光入射面11上的第一功能层31、层叠设于第一功能层31背离光入射面11一侧的光敏层33及层叠设于光敏层33背离第一功能层31一侧的第二功能层35，第一功能层31具有平坦化层311，平坦化层311具有背离光入射面11一侧的平坦化面31A。
[0064] 可选地，光源发出的光自第二电池单元3背离第二电池单元3的一侧照射至叠层电池组件。即第二电池单元3背离第二电池单元3的一侧为叠层电池组件的入光侧。
[0065] 可选地，光源包括但不局限于太阳。
[0066] 可选地，光源发出的光包括但不局限于以直射或反射的方式照射至叠层电池组件。
[0067] 可选地，光源发出的光至少包括第一波段中至少一个波长的光以及第二波段中至少一个波长的光。在可选地一些实施例中，光源发出的光至少包括第一波段的光以及第二波段的光。
[0068] 可选地，第二电池单元3将光源发出的第二波段的光的光能转化为电能，而第一波段的光经第二电池单元3透射至第一电池单元1，透射至第一电池单元1的第一波段的光至少部分经光入射面11入射至第一电池单元1内而转化为电能。如此叠层电池组件可以利用上下两侧不同电池单元吸收波长的错位以有效的拓宽光谱响应范围，因而可以进一步的提升光伏器件的光电转化效率。
[0069] 可选地，第一波段的光为非可见光，第二波段的光为可见光。
[0070] 可选地，叠层电池组件的光电转化效率为经叠层电池组件转化为电能的光能与照射在叠层电池组件上的光能的比值。
[0071] 在本申请的叠层电池组件中，平坦化层311设置在光入射面11和光敏层33之间，平坦化层311具有背离光入射面11一侧的平坦化面31A，通过平坦化层311对光入射面11导致的凹凸不平实施平坦化以使得第一功能层31背离光入射面11的表面平坦化，因而，在保留第一电池单元1的光入射面11的同时，还可以在第一功能层31背离光入射面11的表面上进行湿法涂布工艺成膜形成光敏层33，从而可以降低光敏层33制备工艺难度及提升叠层电池的效率。即本申请的叠层电池组件在保留第一电池单元1的光入射面11的凹凸结构111的同时，还有利于光敏层33采用湿法涂布工艺成膜以降低光敏层33制备工艺难度及提升叠层电池的效率。
[0072] 在一些实施例中，光敏层33包括钙钛矿材料。钙钛矿材料在凹凸不平的表面成型光敏层33时会导致钙钛矿配方比例的失衡。
[0073] 在一些实施例中，第一电池单元1为晶硅电池单元，晶硅电池单元表面的绒面即具有上述的凹凸结构。
[0074] 在一些实施例中，第二电池单元3为钙钛矿电池单元。
[0075] 可选地，光敏层33可以仅包括一层钙钛矿材料层，也可以包括至少两层钙钛矿材料层。
[0076] 可选地，钙钛矿材料层的材料包括无机钙钛矿、有机‑无机杂化钙钛矿、多元体系有机‑无机杂化钙钛矿中的一种。
[0077] 可选地，钙钛矿材料层的材料包括无机钙钛矿时，无机钙钛矿包括CsPbI3、CsPbI2Br、CsPbIBr2、CsPbBr3、CsSnI3中的至少一种。
[0078] 可选地，钙钛矿材料层的材料包括有机‑无机杂化钙钛矿时，有机‑无机杂化钙钛矿包括FAPbI3、MAPbI3、FAPbBr3、MAPbBr3中的至少一种。
[0079] 可选地，钙钛矿材料层的材料包括多元体系有机‑无机杂化钙钛矿时，多元体系有机‑无机杂化钙钛矿包括Cs0.05FA0.9MA0.05Pb(I0.95Br0.05)3、Cs0.05FA0.95PbI3中的至少一种。
[0080] 在可选地一些实施例中，光敏层33包括至少两层钙钛矿层。
[0081] 可选地，不同的钙钛矿层的材料不同。
[0082] 在一些实施例中，平坦化层311对第一波段的光具有预设透过率，平坦化层311具有导电性。
[0083] 可选地，第一波段的范围为700nm‑1200nm。
[0084] 示例性地，光源发出的光至少可以包括700nm、720nm、740nm、760nm、780nm、800nm、820nm、840nm、860nm、880nm、900nm、920nm、940nm、960nm、980nm、1000nm、1020nm、1040nm、
1060nm、1080nm、1100nm、1120nm、1140nm、1160nm、1180nm或1200nm中至少一个波长的光。当然，光源发出的光至少可以包括以上数值的任意组合范围的波段的光。
[0085] 可选地，预设透过率不小于60％。高透过率的平坦化层311可以提高第一电池单元1的入射光，从而提高叠层电池组件的光电转化效率。
[0086] 示例性地，预设透过率可以为60％、63％、65％、68％、70％、73％、75％、78％、80％、83％、85％、88％、90％、93％、95％或99％等。当然，预设透过率也可以是以上数值的任意组合范围。
[0087] 在一些实施例中，平坦化层311由流体经流平并固化形成。
[0088] 可选地，流体可采用自流平工艺或非自流平工艺或自流平和非自流平结合工艺。其中，自流平是指流体在自身重力作用下流平，非自流平是指流体在非自身重力的外力作用下流平，例如，非自流平可以通过溶液法工艺实现，溶液法工艺为现有工艺，对此不作具体描述。
[0089] 示例性地，溶液法工艺包括狭缝涂布、旋涂或打印中的至少一种。
[0090] 可选地，平坦化层311的材料包括石墨烯、聚碳酸脂掺杂材料、3，4‑乙烯二氧噻吩单体的聚合物、聚苯乙烯磺酸钠掺杂材料或铜铁矿薄膜材料中的至少一种。
[0091] 可选地，平坦化面31A可以为平面或可以视为平面。平坦化面31A可以视为平面是指平坦化面31A上的波峰与波谷之间的高度差非常小，以使得平坦化的第一功能层31背离光入射面11的表面可支持后续的光敏层的涂布工艺。
[0092] 如图2所示，在一些实施例中，凹凸结构111包括波峰113与波谷115，波峰113与波谷115之间的高度差不大于平坦化层311的厚度。可以提高平坦化面31A的平面度，从而可以提高第一功能层31背离光入射面11的表面的平面度。
[0093] 可选地，波峰113与波谷115之间的高度差为凹凸结构111中的最高波峰113的最高点与最低波谷115的最低点之间的高度差。相应地，平坦化层311的厚度为凹凸结构111中的最低波谷115的最低点与平坦化面31A之间的间距。
[0094] 在一些实施例中，平坦化层311的厚度为0.5μm～2μm。平坦化层311的厚度方向为第一功能层31至第二功能层35方向。
[0095] 可选地，平坦化层311的厚度随波峰113与波谷115之间的高度差的增大而增大。这样有利于提高第一功能层31背离光入射面11的表面的平面度。
[0096] 可选地，平坦化层311可以设于光入射面11和光敏层33之间的任意位置。平坦化层311可以使得设于平坦化层311背离第一电池单元1一侧的层结构平坦化。
[0097] 如图1和图2所示，在一些实施例中，平坦化层311层叠设于光入射面11上。即平坦化层311具有与波峰113对应的凹部以及与波谷115对应的凸部。
[0098] 如图1所示，在一些实施例中，在背离第一电池单元1的方向上，第一功能层31包括依次设置的平坦化层311、第一电极层313及第一载流子传输层315。即第一电极层313层叠设于平坦化层311背离光入射面11的一侧，第一载流子传输层315层叠设于第一电极层313背离平坦化层311的一侧。
[0099] 在一些实施例中，光敏层33层叠设于第一载流子传输层315背离第一电极层313的一侧。
[0100] 在其他的一些实施例中，第一功能层31还可以包括层叠设置于第一载流子传输层315与光敏层33之间的钝化层。钝化层可以降低光敏层33的表面缺陷以提高光电转换效率。
[0101] 请一并参阅图3至图6，图3是本申请第一方面另一实施例提供的一种叠层电池组件的结构示意图；图4是图3所示叠层电池组件中第一电池单元、第一电极层及平坦化层的结构示意图；图5是本申请第一方面又一实施例提供的一种叠层电池组件的结构示意图；图6是图5所示叠层电池组件中第一电池单元、第一电极层、第一载流子传输层及平坦化层的结构示意图。
[0102] 如图3和图5所示，在一些实施例中，平坦化层311与光入射面11和光敏层33均间隔设置。
[0103] 如图3和图4所示，在一些实施例中，在背离第一电池单元1的方向上，第一功能层31包括依次设置的第一电极层313、平坦化层311及第一载流子传输层315，第一电极层313包括设于波峰113上的第一凸部3131和设于波谷115上的第一凹部3133。即第一电极层313层叠设于光入射面11上，平坦化层311层叠设于第一电极层313背离光入射面11的一侧，第一载流子传输层315设于平坦化层311背离第一电极层313的一侧。
[0104] 在一些实施例中，光敏层33层叠设于第一载流子传输层315背离平坦化层311的一侧。
[0105] 在其他的一些实施例中，第一功能层31还可以包括层叠设置于第一载流子传输层315与光敏层33之间的钝化层。
[0106] 如图5和图6所示，在背离第一电池单元1的方向上，第一功能层31包括依次设置的第一电极层313、第一载流子传输层315、平坦化层311及钝化层317，第一电极层313包括设于波峰113上的第一凸部3131和设于波谷115上的第一凹部3133，第一载流子传输层315包括设于第一凸部3131上的第二凸部3151和设于第一凹部3133上的第二凹部3153。即第一电极层313层叠设于光入射面11上，第一载流子传输层315层叠设于第一电极层313背离光入射面11的一侧，平坦化层311层叠设于第一载流子传输层315背离第一电极层313的一侧，钝化层317层叠设于平坦化层311背离第一载流子传输层315的一侧。
[0107] 在一些实施例中，光敏层33层叠设于钝化层317背离平坦化层311的一侧。钝化层317可以降低光敏层33的表面缺陷以提高光电转换效率。
[0108] 请参阅图7，图7是本申请第一方面还一实施例提供的一种叠层电池组件的结构示意图。
[0109] 如图7所示，平坦化层311与光入射面11间隔设置，光敏层33与平坦化层311层叠设置。
[0110] 在一些实施例中，在背离第一电池单元1的方向上，第一功能层31包括依次设置的第一电极层313、第一载流子传输层315及平坦化层311，第一电极层313包括设于波峰113上的第一凸部3131和设于波谷115上的第一凹部3133，第一载流子传输层315包括设于第一凸部3131上的第二凸部3151和设于第一凹部3133上的第二凹部3153。即第一电极层313层叠设于光入射面11上，第一载流子传输层315层叠设于第一电极层313背离光入射面11的一侧，平坦化层311设于第一载流子传输层315背离第一电极层313的一侧。
[0111] 如图3、图5、图7、图8及图9所示，在一些实施例中，第一功能层31包括平坦化层311和第一载流子传输层315，其中，平坦化层311和第一载流子传输层315在沿第一功能层31指向光敏层33的方向上相邻设置。
[0112] 在其他的一些实施例中，第一功能层31还可以包括其他的层结构。
[0113] 请参阅图8，图8是本申请第一方面还一实施例提供的一种叠层电池组件的结构示意图。
[0114] 如图8所示，在一些实施例中，第一功能层31包括平坦化层311和第一载流子传输层315，平坦化层311与第一载流子传输层315为一体成型结构。平坦化层311与第一载流子传输层315为一体成型结构，使得平坦化层311与第一载流子传输层315之间没有分层结构，而是平坦化层311的材料与第一载流子传输层315的材料互相掺杂形成的具有良好的结构完整性一个结构，该结构即可充当平坦化层311，又可充当第一载流子传输层315，而且平坦化层311与第一载流子传输层315为一体成型结构还可以通过平坦化层311的材料与第一载流子传输层315的材料混合形成的流体经流平并固化形成。这样既可以通过一次工艺成型，又有利于减小第一功能层31的厚度。
[0115] 在一些实施例中，第一功能层31还包括设于光入射面11上的第一电极层313，平坦化层311与第一载流子传输层315构成的一体成型结构设于第一电极层313背离光入射面11的一侧，第一电极层313包括设于波峰113上的第一凸部3131和设于波谷115上的第一凹部3133。
[0116] 如图1、图3、图5、图7、图8及图9所示，在一些实施例中，平坦化层311的导电率不小于第一载流子传输层315的导电率。从而避免平坦化层311的设置降低载流子的传输性能。
[0117] 如图1、图3、图5、图7、图8及图9所示，在一些实施例中，在背离第一电池单元1的方向上，第二功能层35包括依次层叠设置的第二载流子传输层351及第二电极层353。即第二载流子传输层351层叠设于光敏层33背离第一功能层31的一侧，第二电极层353层叠设于第二载流子传输层351背离光敏层33的一侧。
[0118] 在一些实施例中，第二载流子传输层351和光敏层33之间也可以设置钝化层。
[0119] 如图1、图3、图5、图7及图8所示，在一些实施例中，第一电极层313、第二电极层353、第一载流子传输层315及第二载流子传输层351可以通过蒸镀工艺成型；平坦化层311可以通过溶液法工艺成型。
[0120] 如图9所示，在一些实施例中，第一电极层313、第二电极层353及第二载流子传输层35可以通过蒸镀工艺成型；第一载流子传输层315和平坦化层311可以通过溶液法工艺成型。
[0121] 在这些实施例中，第一载流子传输层315和第二载流子传输层351中的其中一方为空穴传输层，另一方为电子传输层。
[0122] 在这些实施例中，第一电极层313和第二电极层353均对700nm～1200nm的光具有高透过率。
[0123] 可选地，第一电极层313和第二电极层353均对700nm～1200nm的光的透过率不小于60％。
[0124] 示例性地，第一电极层313和第二电极层353对700nm～1200nm的光的透过率均可以为60％、63％、65％、68％、70％、73％、75％、78％、80％、83％、85％、88％、90％、93％、95％或99％等。当然，预设透过率也可以是以上数值的任意组合范围。
[0125] 以下实施例以第一载流子传输层315为电子传输层，第二载流子传输层351为空穴传输层，相应地，第一电极层313为负极，第二电极层353为正极。
[0126] 可选地，空穴传输层的材料包括NiOx，但空穴传输层的材料并不限于NiOx，例如还可以是MeOTAD等。
[0127] 可选地，电子传输层的材料包括SnO2，但电子传输层的材料并不限于SnO2，例如还可以是TiO2、ZnO、ZnS、PTAA等。
[0128] 可选地，负极的材料包括ITO、FTO、AZO中的至少一种，但负极的材料并不仅限于上述材料。
[0129] 可选地，正极的材料包括ITO，Ag、Al、Au中的至少一种；正极的材料并不仅限于上述材料，例如还可以是Mg、Zn等。
[0130] 如图1、图3、图5、图7、图8及图9所示，在一些实施例中，第二电池单元3背离第一电池单元1的一侧设有盖板5，盖板5经第一胶膜6与第二电池单元3连接。盖板5对叠层电池组件进行保护，第一胶膜6起连接作用。
[0131] 如图1、图3、图5、图7及图8所示，在一些实施例中，第一电池单元1背离第二电池单元3的一侧设有基板7，基板7经第二胶膜8与第一电池单元1连接。基板7对叠层电池组件进行保护，第二胶膜8起连接作用。即叠层电池组件具有一个入光侧。
[0132] 可选地，第一电池单元1背离第二电池单元3一侧的表面也具有凹凸结构111。一方面，可以增加第二胶膜8与第一电池单元1的连接强度，另一方面，也可以避免对第一电池单元1背离第二电池单元3一侧的表面进行平坦化处理。
[0133] 在可选地一些实施例中，光源发出的光自入光侧直射在叠层电池组件上。
[0134] 如图9所示，在一些实施例中，第一电池单元1具有相对设置的两个光入射面11，各光入射面11上均设有第二电池单元3。其中，第二电池单元3所在侧均作为入光侧。即叠层电池组件具有两个入光侧。
[0135] 在可选地的一些实施例中，光源发出的光一部分自其中一入光侧直射在叠层电池组件上，又一部分经反射后自另一入光侧照射在叠层电池组件上。
[0136] 可选地，盖板5和基板7为透明板。
[0137] 可选地，透明板包括但不限于玻璃板。
[0138] 可选地，第一胶膜6和第二胶膜8为透明胶膜，
[0139] 可选地，透明胶膜包括乙烯‑醋酸乙烯共聚物(ethylene‑vinyl acetate copolymer，简称:EVA)或聚烯烃弹性体(Polyolefin Elastomer，简称poe)中的至少一种。
[0140] 在一些实施例中，凹凸结构111使得第一电极层313形成第一凸部3131和第一凹部3133以及第一载流子传输层315形成第二凸部3151和第二凹部3153。
[0141] 请参阅图7，图7是本申请第二方面实施例提供的一种叠层电池组件的制备方法的步骤流程图。
[0142] 如图11所示，叠层电池组件的制备方法制备上述叠层电池组件。制备方法包括以下步骤：
[0143] 步骤S1、提供一第一电池单元1，第一电池单元1具有光入射面11，光入射面11具有凹凸结构111。
[0144] 步骤S2、在光入射面11上制备第一功能层31，第一功能层31具有平坦化层311，平坦化层311具有背离光入射面11一侧的平坦化面31A。
[0145] 步骤S3、在第一功能层31背离光入射面11的一侧制备光敏层33。
[0146] 步骤S4、在光敏层33背离第一功能层31的一侧制备第二功能层35。
[0147] 在一些实施例中，步骤S2包括：通过溶液法工艺成型平坦化层311。
[0148] 在一些实施例中，溶液法工艺包括狭缝涂布、旋涂或打印中的至少一种。
[0149] 在一些实施例中，第一功能层31包括平坦化层311和第一载流子传输层315，在通过溶液法工艺成型平坦化层311的步骤前，第一载流子传输层315的材料和平坦化层311的材料混合形成流体。从而使得第一载流子传输层315和平坦化层311形成一体成型结构。
[0150] 本申请第三方面实施例还提供一种叠层电池，叠层电池包括上述的叠层电池组件，或者包括上述的制备方法制备得到的叠层电池组件。
[0151] 本申请实施例还提供了一种用电装置，用电装置包括上述实施例介绍的叠层电池组件。
[0152] 本申请可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本申请的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本申请的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本申请的范围之中。
