高效堆叠的太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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，基于单结娃(single junct1n 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)。
[0003 ]为了进一步提尚娃基太阳能电池的效率，最可彳丁的方法是在娃基太阳能电池的顶部上叠加不同的材料的电池(celIs)。通过在娃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%。
[0004]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】
[0005]根据第一方面，本发明提供了一种光伏装置，包括:
[0006]光子接收表面；
[0007]第一单同质结娃太阳能电池(afirst single homo junct1n silicon solarcell)，包含具有相反极性的两个掺杂娃部(doped silicon port1ns)且具有第一带隙(afirst bandgap);和
[0008]第二太阳能电池结构，包含具有I丐钛矿结构(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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]在一些实施例中，所述第一娃太阳能电池具有结区域(junct1n reg1n)，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。
[0014]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。
[0015]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娃层。所述第一极性的娃层可以是外延娃层(epitaxial siliconlayer)。
[0016]根据第二方面，本发明提供了一种光伏装置，包含:
[0017]光子接收表面；
[0018]第一硅太阳能电池，包含具有相反的极性的两个掺杂硅部且具有第一带隙；
[0019]第二太阳能电池结构，包含具有钙钛矿结构的吸收体材料，且具有比所述第一带隙大的第二带隙;和
[0020]至少一个第三太阳能电池结构，包含具有钙钛矿结构的材料和具有比所述第二带隙大的第三带隙;并且
[0021]其中所述光伏装置设置为使得每个所述第一太阳能电池结构、每个所述第二太阳能电池结构和至少一个所述第三太阳能电池结构吸收由所述光子接收表面接收的部分光子。
[0022]以下内容涉及根据本发明的第一方面或者本发明的第二方面的本发明的可选的特征。
[0023]所述第二太阳能电池的结构可以被设置在所述第一太阳能电池的表面部分上。这个表面部分可以是纹理化的表面部分。
[0024]在一些实施例中，沿着所述表面部分的平面方向，在与所述第一太阳能电池的表面部分相邻的区域具有5至300欧姆/平方的薄层电阻率(sheet resistivity)。在一些实施例中，这个电阻率可为10至30欧姆/平方。
[0025]在实施例中，所述光伏装置包括接近所述第一太阳能电池的表面部分设置的互连区域，并被设置为促进载流子从一个太阳能电池到另一个太阳能电池的传输。所述互连区域可包括所述第一太阳能电池的表面部分。
[0026]在一些实施例中，所述互连区域包括透明导电氧化物层或具有比所述第一带隙高的带隙的掺杂半导体层(doped semiconductor layer)。所述互连区域可包括隧道结(tunneling junct1n)。进一步地，所述互连区域可包括具有高浓度的电活性缺陷(electrically active defects)诸如在所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池之间的缺陷结的区域。在实施例中，所述互连区域还包括所述第一或第二太阳能电池的一部分。
[0027]在一些实施例中，所述光伏装置的所述第一太阳能电池是薄膜硅太阳能电池。在替代性实施例中，所述第一太阳能电池是一种基于晶片的单晶娃太阳能电池(wafer-basedmono-crystalline silicon solar cell)，并且可以类似于钝化发射极和背面局域扩散(Passivated Emitter and Rear Locally_diffused，PERL)娃太阳能电池进行配置。所述第一太阳能电池还可以是多晶娃太阳能电池(mult1-crystalline silicon solar cell)或剥离娃晶片太阳能电池(peeled silicon wafer solar cell) 0
[0028]通常，所述第二太阳能电池结构是薄膜太阳能电池。所述第二太阳能电池可以是固体太阳能电池，并且可以包含空穴传输材料(hole-transport material )，所述空穴传输材料有助于空穴(holes)从所述第二太阳能电池结构到所述第一太阳能电池或触点结构的传输。进一步地，所述第二太阳能电池结构可包含纳米结构的或微米结构的多晶材料、多孔材料或中孔材料。
[0029]在一些实施例中，所述第二太阳能电池的吸收体材料是自组装材料，并且可包含无机-有机化合物。光吸收层可包含 MAPb(I(1—x)Brx)3、MAPb(1—x)SnxI3、Al203、SrTi03 和 Ti02 中的任何一种或其组合。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表示甲基铵阳离子。其它有机阳离子如乙基铵或甲脒(formamidinium)也可以被使用。
[0030]通常，一个或多个太阳能电池的带隙可通过控制在所述光伏装置的制造过程中吸收层中使用的溴或锡的量来调节，或通过控制使用的有机阳离子的量来调节。
[0031]在一些实施例中，所述光伏装置设置为使得载流子从所述第一太阳能电池的p-掺杂区被传输到所述第二太阳能电池结构。在替代性实施例中，所述光伏装置被设置为使得载流子从所述第一太阳能电池的η-掺杂区被传输到所述第二太阳能电池结构。