[发明专利]串联太阳能电池及包括其的串联太阳能电池模块

说明书

本公开涉及串联太阳能电池及包括其的串联太阳能电池模块。更具体地，本公开涉及包括层叠在结晶硅太阳能电池的前表面上的钙钛矿太阳能电池的单片式串联太阳能电池及其制造方法。根据本公开，纳米结构可以被构图在结晶硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池经由结层键合的太阳能电池的前透明电极的前表面上，使得可以通过纳米结构增加入射到太阳能电池上的太阳光的光路，以提高光的利用率。

技术领域

本公开涉及串联太阳能电池、包括该串联太阳能电池的串联太阳能电池模块及其制造方法。更具体地，本公开涉及包括层叠在结晶硅太阳能电池的前表面上的钙钛矿太阳能电池的单片式串联太阳能电池、包括该串联太阳能电池的串联太阳能电池模块及其制造方法。

背景技术

结晶硅(c-Si)太阳能电池是典型的单结太阳能电池，并且几十年来一直主导太阳能电池市场。

然而，尽管当考虑到肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit)时结晶硅的带隙几乎是理想的，但硅基太阳能电池的光电转换效率根据俄歇复合而被限制为约30％。

也就是说，由于入射比带隙具有更高能量的光子时发生的热化损失和比带隙具有更低能量的光子的透射损失而导致传统结晶硅太阳能电池的光电效率具有低阈值。

如本文所使用的，术语“热化损失”是指被太阳能电池吸收的光的过剩能量作为热能损失，而没有转换为作为晶格振动的量子形式的光子，术语“透射损失”是指由比带隙具有更低的不足以激发电子的能量的光子引起的损失。

为了减少单结太阳能电池中的热化损失，需要具有适当尺寸的带隙，并且该带隙必须低以允许低能量光子做贡献，并且因此，在它们之间建立折衷关系。

由于利用单结太阳能电池难以解决这种折衷关系，所以近年来，已经尝试通过使用具有诸如串联太阳能电池或双结太阳能电池的各种能量带隙的材料来高效利用宽谱范围内的光能。

作为这些尝试之一，已经提出了通过连接包括具有不同带隙的吸收层的单结太阳能电池来构成一个太阳能电池的串联太阳能电池。

一般地，包括具有相对大带隙的吸收层的单结太阳能电池位于前侧上以接收首先入射的光，包括具有相对小带隙的吸收层的单结太阳能电池被设置在后侧上。

因此，存在以下优点：串联太阳能电池从前侧吸收较短波长区域中的光并且从后侧吸收较长波长区域中的光，从而将阈值波长朝向较长波长侧移动，使得可以广泛使用整个吸收波长区域。

另外，通过使用划分成两个波段的整个吸收波长区域，可以期望在电子-空穴产生期间减少热量损失。

这种串联太阳能电池可以根据单结太阳能电池的结类型和电极位置而大致分为双端串联太阳能电池和四端串联太阳能电池。

具体地，双端串联太阳能电池具有这样的结构：两个子太阳能电池是隧道成结的并且电极被设置在串联太阳能电池的前表面和后表面上，而四端串联太阳能电池具有这样的结构：两个子太阳能电池彼此间隔开并且电极被设置在各个子太阳能电池的前表面和后表面上。

在四端串联太阳能电池的情况下，与双端串联太阳能电池相比，各个子太阳能电池需要单独的基板，并且需要相对大量的透明导电结，这导致高电阻并且不可避免地导致光学损失，因此，作为下一代太阳能电池，双端串联太阳能电池已经引起了关注。

图1是传统双端串联太阳能电池的示意性截面图。

参照图1，太阳能电池包括包含具有相对大带隙的吸收层的单结太阳能电池和包含具有相对小带隙的吸收层的单结太阳能电池，这两种单结太阳能电池的电池都是经由结层而隧道成结。