一种马赛克钙钛矿-晶硅太阳电池组件及其制备方法

本发明属于光伏建筑一体化领域，具体涉及一种马赛克钙钛矿-晶硅太阳电池组件及其制备方法。

背景技术：

1、在光伏建筑一体化(building integrated photovoltaic，bipv)领域，光伏设备在应用时往往需要兼顾效能和外观设计。随着近十年来光伏产业的飞速发展，现有的商业太阳电池效能已经完全满足建筑外立面光伏发电应用的需求，然而，现有的太阳电池，特别是技术成熟度较高的晶硅太阳电池，往往不具备外观可塑性，远远无法满足bipv领域对于视觉美观性的需求。此外，尽管目前晶硅太阳电池已具备较高的技术成熟度，但是相对较高的制备成本和相对复杂的制备工艺仍是制约其在bipv领域大面积推广应用的一大因素。

2、近年来，有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优秀的光电特性、低成本的制备方法引起了广泛关注，并得到了快速发展和应用，其中单结太阳电池的效率已经达到约26%，接近目前主流的晶硅太阳电池的最高效率。钙钛矿材料根据不同的组分，禁带宽度通常为1.5~2.5ev，远大于晶硅的禁带宽度(1.1~1.3ev)，由此导致的差异化吸收光谱也为两者的叠层应用奠定了基础。然而，现有的钙钛矿/晶硅叠层应用往往采用两端叠层工艺，钙钛矿太阳电池与晶硅太阳电池之间直接的电气耦合不可避免的对电流匹配有所要求，大大降低了该类叠层应用在组件集成中的灵活性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种马赛克钙钛矿-晶硅太阳电池组件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种马赛克钙钛矿-晶硅太阳电池组件，包括：钙钛矿太阳电池层、晶硅太阳电池层和互连背板，其中，

3、所述钙钛矿太阳电池层包括呈阵列分布的若干钙钛矿太阳电池单元；

4、所述晶硅太阳电池层包括若干电极导电单元和若干晶硅太阳电池，所述若干电极导电单元一一对应的电学耦合在所述若干钙钛矿太阳电池单元上，所述若干晶硅太阳电池一一对应的电学耦合在部分所述电极导电单元靠近所述钙钛矿太阳电池单元的一侧，以形成马赛克图案，所述晶硅太阳电池与所述钙钛矿太阳电池单元之间光学耦合；

5、所述互连背板表面的互连结构与所述若干电极导电单元电学耦合，使得所述若干钙钛矿太阳电池单元沿第一方向串联形成若干钙钛矿电池串，且所述若干钙钛矿电池串沿第二方向并联，同时使得所述若干电极导电单元沿第二方向串联形成若干晶硅电池串，且所述若干晶硅电池串沿第一方向并联。

6、在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿太阳电池层还包括透明盖板，

7、所述透明盖板覆盖所述若干钙钛矿太阳电池单元，且靠近所述若干钙钛矿太阳电池单元的一侧涂覆有增透减反层。

8、在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿太阳电池单元包括透明衬底、导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、顶部电极层、阳极和阴极，其中，

9、所述导电层位于所述透明衬底的表面；

10、所述电子传输层位于所述导电层的部分表面，且延伸至所述透明衬底的表面，将所述导电层划分为间隔分布的若干导电部分；

11、所述钙钛矿吸光层位于所述电子传输层的表面；

12、所述空穴传输层位于所述钙钛矿吸光层的表面；

13、所述顶部电极层位于所述空穴传输层表面且形成间隔分布的若干子电极，所述子电极从所述空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述电子传输层的内部延伸至相邻所述导电部分的表面，同时所述空穴传输层一端的子电极从所述空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述电子传输层的侧面延伸至所述透明衬底的表面；

14、所述阳极位于所述透明衬底一端的所述顶部电极层上；

15、所述阴极位于所述透明衬底另一端的所述导电层上。

16、在本发明的一个实施例中，所述透明衬底包括透明玻璃衬底；

17、所述导电层包括ito导电层；

18、所述电子传输层的材料包括n型半导体材料，所述n型半导体材料包括sno2、tio2、zno中的一种或多种；

19、所述钙钛矿吸光层的材料包括fa0.8cs0.2pb(i0.7br0.3)3、mapbi3中的一种或多种；

20、所述空穴传输层的材料包括p型半导体材料，所述p型半导体材料包括spiro-ometad、ptaa、p3ht、pedot:pss中的一种或多种；

21、所述顶部电极层的材料采用透明电极材料；

22、所述阳极和所述阴极的材料均包括au。

23、在本发明的一个实施例中，所述电极导电单元包括pcb基板、钙钛矿正极接触电极、钙钛矿负极接触电极、晶硅正极接触电极和晶硅负极接触电极，其中，

24、所述钙钛矿正极接触电极、所述晶硅正极接触电极、所述晶硅负极接触电极和所述钙钛矿负极接触电极依次间隔分布在所述pcb基板的表面；

25、所述钙钛矿正极接触电极与所述阳极接触，所述钙钛矿负极接触电极与所述阴极接触。

26、在本发明的一个实施例中，当所述晶硅电池串中存在所述晶硅太阳电池时，每个所述晶硅电池串中晶硅太阳电池的数量相同，且所述晶硅太阳电池的正极与所述晶硅正极接触电极接触，所述晶硅太阳电池的负极与所述晶硅负极接触电极接触，未覆盖晶硅太阳电池的电极导电单元中所述晶硅正极接触电极和所述晶硅负极接触电极短接；

27、当所述晶硅电池串中不存在所述晶硅太阳电池时，所述电极导电单元的晶硅正极接触电极和晶硅负极接触电极保持隔离状态。

28、在本发明的一个实施例中，所述pcb基板的颜色包括白色、绿色、蓝色中的任一种；

29、所述晶硅太阳电池包括金属穿孔卷绕的背接触晶硅太阳电池。

30、在本发明的一个实施例中，所述互连背板包括聚合物背板以及形成在所述聚合物背板表面的钙钛矿阳极并联总线、钙钛矿阴极并联总线、若干钙钛矿单元串联线、晶硅正极并联总线、晶硅负极并联总线和若干晶硅单元串联线，其中，

31、所述钙钛矿单元串联线的一端通过触点连接所述电极导电单元的钙钛矿正极接触电极，另一端通过触点连接第一方向上相邻电极导电单元的钙钛矿负极接触电极，使得沿所述第一方向分布的若干钙钛矿太阳电池单元串联形成钙钛矿电池串；

32、所述钙钛矿阳极并联总线通过沿所述第二方向分布的若干触点与阵列第一边缘的若干钙钛矿正极接触电极一一对应连接，所述钙钛矿阴极并联总线通过沿所述第二方向分布的若干触点与阵列第二边缘的若干钙钛矿负极接触电极一一对应连接，使得沿所述第二方向分布的若干钙钛矿电池串并联；

33、所述晶硅单元串联线的一端通过触点连接所述电极导电单元的晶硅正极接触电极，另一端通过触点连接第二方向上相邻电极导电单元的晶硅负极接触电极，使得沿所述第二方向分布的若干导电单元串联形成晶硅电池串；

34、所述晶硅正极并联总线通过沿所述第一方向分布的若干触点与阵列第三边缘的若干晶硅正极接触电极一一对应连接，所述晶硅负极并联总线通过沿所述第一方向分布的若干触点与阵列第四边缘的若干晶硅负极接触电极一一对应连接，使得沿所述第一方向分布的若干晶硅电池串并联。

35、在本发明的一个实施例中，所述若干晶硅太阳电池与所述若干钙钛矿太阳电池单元形成50%的叠层率。

36、本发明的另一实施例提供了一种马赛克钙钛矿-晶硅太阳电池组件的制备方法，包括步骤：

37、制备钙钛矿太阳电池层，所述钙钛矿太阳电池层包括呈阵列分布的若干钙钛矿太阳电池单元；

38、获取若干电极导电单元，并在部分所述电极导电单元上电学耦合晶硅太阳电池，形成若干晶硅导电单元；

39、制备具有互连结构的互连背板；

40、根据马赛克图案将所述若干电极导电单元和所述若干晶硅导电单元一一对应地耦合在所述钙钛矿太阳电池单元上，使得所述电极导电单元与所述钙钛矿太阳电池单元之间电学耦合，所述晶硅太阳电池与所述钙钛矿太阳电池单元之间光学耦合；

41、将所述互连背板表面的互连结构与所述若干电极导电单元电学耦合，使得所述若干钙钛矿太阳电池单元沿第一方向串联形成若干钙钛矿电池串且所述若干钙钛矿电池串沿第二方向并联，同时使得所述若干电极导电单元沿第二方向串联形成若干晶硅电池串且所述若干晶硅电池串沿第一方向并联。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果：

43、1、本发明的钙钛矿-晶硅太阳电池组件中，由于采用电极导电单元与钙钛矿太阳电池单元、晶硅太阳电池分别进行电学耦合，两种太阳电池通过光伏发电产生的电能可经由电极导电单元分别汇总并引出，进而使晶硅太阳电池与钙钛矿太阳电池单元之间进行光学耦合，晶硅太阳电池与钙钛矿太阳电池单元的电极相互独立，没有直接的电学耦合，无需考虑电流匹配等问题，晶硅太阳电池可以相对自由地与任意钙钛矿太阳电池单元进行光学耦合，大大提升了马赛克图案设计的灵活性。

44、2、本发明的钙钛矿-晶硅太阳电池组件中，大面积地使用制备成本相对较低的钙钛矿太阳电池单元，以钙钛矿太阳电池单元作为光伏发电的主要功能单元，在部分钙钛矿太阳电池单元与电极导电单元之间覆盖晶硅太阳电池，通过晶硅太阳电池单元缺省的方式构筑马赛克图案，大大减少了高成本晶硅太阳电池的应用面积，降低了组件的整体成本。

45、3、本发明设置钙钛矿太阳电池单元，利用钙钛矿薄膜自身的光学特征结合电极导电单元，并在部分钙钛矿太阳电池单元与电极导电单元之间覆盖晶硅太阳电池，从而构筑了两种不同颜色的太阳电池单元，在此基础上，通过模块化、标准化的设计，实现了两种太阳电池单元相对自由的排列组合，构成的马赛克图案满足光伏建筑一体化领域对于视觉设计的需求。