高效堆疊的太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明廣義地涉及包含多個堆疊的太陽能電池的光伏裝置。
【背景技術】
[0002]在過去的幾年中，硅太陽能電池的成本已經大幅下降，并且可以預期在未來的十年中硅技術將仍然穩固地保持為主導的光伏技術。對這種太陽能電池的轉換效率的改進將繼續成為決定性因素。然而，基于單結娃(single junct1n silicon)的太陽能電池具有29%的理論效率極限(theoretical efficiency limit)，以及已經被基于實驗室太陽能電池證實的約為25%的記錄效率(record efficiencies)。
[0003 ]為了進一步提尚娃基太陽能電池的效率，最可彳丁的方法是在娃基太陽能電池的頂部上疊加不同的材料的電池(celIs)。通過在娃基太陽能電池上堆疊另外的太陽能電池，理論可能的性能(theorectically possible performance)可從29%提高到42.5%。通過在所述硅基電池上堆疊兩個另外的太陽能電池，該理論可能的性能可提高到47.5%。
[0004]以合理的成本制造這種高性能的光伏材料是面臨的挑戰。
【發明內容】
[0005]根據第一方面，本發明提供了一種光伏裝置，包括:
[0006]光子接收表面；
[0007]第一單同質結娃太陽能電池(afirst single homo junct1n silicon solarcell)，包含具有相反極性的兩個摻雜娃部(doped silicon port1ns)且具有第一帶隙(afirst bandgap);和
[0008]第二太陽能電池結構，包含具有I丐鈦礦結構(Perovskite structure)的吸收體材料(absorber material)和具有比所述第一帶隙大的第二帶隙；
[0009]其中所述光伏裝置設置為使得每個所述第一太陽能電池和所述第二太陽能電池吸收由所述光子接收表面接收的部分光子。
[0010]本發明的實施例將硅太陽能電池的優點與鈣鈦礦電池的優點結合，并提供了與單硅基電池相比具有提高的轉化效率的堆疊電池。
[0011]所述光伏裝置可設置為使得具有的能量接近所述第二帶隙的能量，或甚至超過所述第二帶隙的能量的光子部分穿過所述至少一個所述第二太陽能電池結構的一部分，并且被所述第一太陽能電池結構吸收。
[0012]所述第二太陽能電池可以是以堆疊體狀配置的多個第二太陽能電池中的一個，并且堆疊體的每個第二太陽能電池可包含具有鈣鈦礦結構的吸收體材料和，以及比位于所述堆疊體中的下方的第二太陽能電池的帶隙大的帶隙。
[0013]在一些實施例中，所述第一娃太陽能電池具有結區域(junct1n reg1n)，所述結區域包含與第一極性相關聯的摻雜原子(dopant atoms)，并且所述摻雜原子擴散到第二極性的硅材料中。
[0014]在替代性實施例中，所述第一硅太陽能電池具有結區域，所述結區域具有與植入到第二極性的硅材料中的第一極性相關聯的摻雜原子。
[0015]在另外的替代性實施例中，所述第一硅太陽能電池包含生長在第二極性的硅層的表面部分的第一極性的娃層。所述第一極性的娃層可以是外延娃層(epitaxial siliconlayer)。
[0016]根據第二方面，本發明提供了一種光伏裝置，包含:
[0017]光子接收表面；
[0018]第一硅太陽能電池，包含具有相反的極性的兩個摻雜硅部且具有第一帶隙；
[0019]第二太陽能電池結構，包含具有鈣鈦礦結構的吸收體材料，且具有比所述第一帶隙大的第二帶隙;和
[0020]至少一個第三太陽能電池結構，包含具有鈣鈦礦結構的材料和具有比所述第二帶隙大的第三帶隙;并且
[0021]其中所述光伏裝置設置為使得每個所述第一太陽能電池結構、每個所述第二太陽能電池結構和至少一個所述第三太陽能電池結構吸收由所述光子接收表面接收的部分光子。
[0022]以下內容涉及根據本發明的第一方面或者本發明的第二方面的本發明的可選的特征。
[0023]所述第二太陽能電池的結構可以被設置在所述第一太陽能電池的表面部分上。這個表面部分可以是紋理化的表面部分。
[0024]在一些實施例中，沿著所述表面部分的平面方向，在與所述第一太陽能電池的表面部分相鄰的區域具有5至300歐姆/平方的薄層電阻率(sheet resistivity)。在一些實施例中，這個電阻率可為10至30歐姆/平方。
[0025]在實施例中，所述光伏裝置包括接近所述第一太陽能電池的表面部分設置的互連區域，并被設置為促進載流子從一個太陽能電池到另一個太陽能電池的傳輸。所述互連區域可包括所述第一太陽能電池的表面部分。
[0026]在一些實施例中，所述互連區域包括透明導電氧化物層或具有比所述第一帶隙高的帶隙的摻雜半導體層(doped semiconductor layer)。所述互連區域可包括隧道結(tunneling junct1n)。進一步地，所述互連區域可包括具有高濃度的電活性缺陷(electrically active defects)諸如在所述第一太陽能電池和所述第二太陽能電池之間的缺陷結的區域。在實施例中，所述互連區域還包括所述第一或第二太陽能電池的一部分。
[0027]在一些實施例中，所述光伏裝置的所述第一太陽能電池是薄膜硅太陽能電池。在替代性實施例中，所述第一太陽能電池是一種基于晶片的單晶娃太陽能電池(wafer-basedmono-crystalline silicon solar cell)，并且可以類似于鈍化發射極和背面局域擴散(Passivated Emitter and Rear Locally_diffused，PERL)娃太陽能電池進行配置。所述第一太陽能電池還可以是多晶娃太陽能電池(mult1-crystalline silicon solar cell)或剝離娃晶片太陽能電池(peeled silicon wafer solar cell) 0
[0028]通常，所述第二太陽能電池結構是薄膜太陽能電池。所述第二太陽能電池可以是固體太陽能電池，并且可以包含空穴傳輸材料(hole-transport material )，所述空穴傳輸材料有助于空穴(holes)從所述第二太陽能電池結構到所述第一太陽能電池或觸點結構的傳輸。進一步地，所述第二太陽能電池結構可包含納米結構的或微米結構的多晶材料、多孔材料或中孔材料。
[0029]在一些實施例中，所述第二太陽能電池的吸收體材料是自組裝材料，并且可包含無機-有機化合物。光吸收層可包含 MAPb(I(1—x)Brx)3、MAPb(1—x)SnxI3、Al203、SrTi03 和 Ti02 中的任何一種或其組合。所述MAPb(I(1—x)Brx)3材料可包含CH3NH3Pb(I(1—x)Brx)3，并且MAPb(1—x)SnxI 3包含CH3NH3Pb( ρχ) Snxl3，其中，MA表示甲基銨陽離子。其它有機陽離子如乙基銨或甲脒(formamidinium)也可以被使用。
[0030]通常，一個或多個太陽能電池的帶隙可通過控制在所述光伏裝置的制造過程中吸收層中使用的溴或錫的量來調節，或通過控制使用的有機陽離子的量來調節。
[0031]在一些實施例中，所述光伏裝置設置為使得載流子從所述第一太陽能電池的p-摻雜區被傳輸到所述第二太陽能電池結構。在替代性實施例中，所述光伏裝置被設置為使得載流子從所述第一太陽能電池的η-摻雜區被傳輸到所述第二太陽能電池結構。