钙钛矿叠层或将为理想路径 / Chalcogenide stacks may be the ideal pathway
叠层电池技术是光伏领域的一项重要创新,它通过将两种或更多不同材料的太阳能电池层叠组合,以实现超越单结电池理论效率极限的光电转换效率。
叠层电池的工作原理 / How Stacked Batteries Work
由于钙钛矿和硅具有不同的带隙,为了充分利用太阳光谱,钙钛矿太阳能电池可作为顶电池与硅电池形成叠层太阳能电池,即钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池,结构如图所示。钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的工作原理是利用不同的带隙吸收不同的太阳光光谱,提高电池的转化效率。将钙钛矿电池与硅电池按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来,让短波长的光被最外侧的宽带隙钙钛矿太阳能电池吸收,波长较长的光能够透射进去让窄带隙的硅太阳能电池吸收,这就有可能最大限度地将光能变成电能,大大地提高了太阳光谱的利用率、电池的性能和稳定性。当钙钛矿的禁带宽度为1.55eV时,它可以吸收波长小于800nm的光子,而带隙为 1.12eV的硅电池可吸收波长小于1100nm的光子。当两者构成叠层电池时,二者吸收光谱互补,不但大大提高了太阳光谱的利用率,而且降低了制备成本。
两端叠层钙钛矿电池有望成为理想技术路径 / Two-terminal stacked chalcogenide cells are expected to be an ideal technology pathway
钙钛矿电池发展路径预计将从单层结构向四端叠层过渡,两端叠层或将成为未来理想技术路线。从产业化发展路径来看,钙钛矿太阳能电池发展前期以单层结构为主,单结电池技术成熟后预计将逐步向叠层电池发展,开始以四端叠层结构为主,后有望逐渐发展至两端叠层结构。
四端叠层结构相对简单,电池环节无需增加新的工艺设备,传统晶硅厂商也更易于接受,预计叠层电池发展早期或将以四端结构过渡。
两端叠层结构工艺难度较高,但可节省封装成本,同时寄生吸收少,效率更高,具备较高的商业化生产潜力,待工艺成熟后,两端叠层电池有望成为终极技术路线。
图. 钙钛矿电池单层、两端与四端叠层结构
钙钛矿/HJT 叠层或为更优解 / Chalcogenide/HJT stacks may be a better solution
两端叠层电池技术路径可分为钙钛矿/TOPCon 叠层以及钙钛矿/HJT 叠层。
HJT 电池制备是低温工艺,一般低于 250℃,与钙钛矿低温制备工艺更加适配;而 TOPCon 电池磷扩散工艺温度约750℃。
HJT 电池表面为 TCO 层,制备叠层钙钛矿电池时可以直接将钙钛矿叠加,工艺路线更为相融;而 TOPCon 电池表面为氮化硅层,氮化硅不导电,需要在保证钝化效果的同时去掉或改性氮化硅层。
转换效率方面,HJT 与钙钛矿在光谱吸收方面互补,可实现更高的转换效率。
TOPCon/HJT 的钙钛矿叠层技术方案对比 / Comparison of TOPCon/HJT Chalcogenide Stacking Technology Solutions