本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種疊層并聯(lián)的太陽能電池組件、制作方法及裝置。

背景技術(shù)：

太陽能是取之不盡用之不竭的綠色能源，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，是人類早就向往并正在實現(xiàn)的偉大目標(biāo)。而這種轉(zhuǎn)化有多種形式，目前主要有熱電轉(zhuǎn)換和光伏轉(zhuǎn)換，兩者在全球范圍內(nèi)快速推廣和應(yīng)用，尤其是后者。

光伏轉(zhuǎn)換是通過太陽能電池進(jìn)行的，即通過半導(dǎo)體材料吸收大于其帶隙寬度的太陽光，再通過pn結(jié)將光生電子-空穴對分開、載流子濃度差驅(qū)動輸運(yùn)、歐姆接觸電極收集，最終形成電功率(電流電壓)對負(fù)載做功。太陽能電池是由半導(dǎo)體pn結(jié)構(gòu)成，其產(chǎn)品主要有單晶硅和多晶硅體太陽能電池、也有碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池、銅鋼鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池，但絕大部分光伏市場被晶硅太陽能電池所占據(jù)，其商用主導(dǎo)地位在近十年不可動搖。然而，光伏發(fā)電離平價上網(wǎng)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。因此，繼續(xù)提高太陽能電池效率，繼續(xù)降低電池的制造成本，則是行業(yè)發(fā)展的永恒主題。

就半導(dǎo)體單個pn結(jié)而言，其光電轉(zhuǎn)換效率的增長總是有限的。根據(jù)Shockley-Queisser限制理論，一個光子只能形成一個電子-空穴對，其最高理論效率僅30％。而迄今為止晶體硅太陽能電池的最高效率已達(dá)25.6％，繼續(xù)提高效率的范圍非常有限。若再要提高效率，只有依靠多個與太陽光譜匹配的不同帶隙pn結(jié)疊加進(jìn)行。目前最好的是以鍺材料為襯底，制備鍺pn結(jié)，其帶隙約0.66eV，可吸收0.885μm～1.88μm的長波長太陽光；在其上外延生長GaAs-pn結(jié)，其帶隙約1.4eV，可吸收0.66μm～0.885μm的太陽光；繼續(xù)外延GaInP-pn結(jié)，其帶隙約1.8eV，可吸收≤0.66μm的短波長太陽光；三個結(jié)之間通過隧道結(jié)連接，其總的電池效率達(dá)到39％。

以往的疊層電池都是以隧道結(jié)連接的pn結(jié)串聯(lián)形式，它要求每個pn結(jié)所產(chǎn)生的電流必須一致。這對太陽光譜始終一致的云層上部空間而言是可行的，只要調(diào)配好疊層各部分光吸收就可以自始至終地有效工作了。然而，在云層遮擋下的地面則大為不同，由于地面所獲得的太陽光譜是隨云層有無、云層厚度的變化而變化的，疊層電池中每層所獲得的光輻照是隨天氣的變化而變化，因此，每層所輸出的電流也與該波段太陽光強(qiáng)有直接關(guān)系；又由于串聯(lián)疊層電池的電流輸出受分層電池最小電流的制約，因此，電池總體效率遠(yuǎn)小于最初設(shè)計。從而進(jìn)入了一個怪圈，即要想提高太陽能電池效率就必須進(jìn)行疊層，而疊層電池的技術(shù)特長在地面因受氣候影響而無法發(fā)揮，該問題長期困擾著地面光伏產(chǎn)業(yè)，急需一種不受地面氣候影響的高效率疊層太陽能電池組件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種疊層并聯(lián)的太陽能電池組件、制作方法及裝置。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種疊層并聯(lián)的太陽能電池組件，包括由下至上依次機(jī)械層疊的N層電池層，所述N層電池層并聯(lián)連接且工作電壓相同，其中各層電池層的帶隙由下至上依次變大，用于吸收不同波段的光，其中N為正整數(shù)，且N大于等于2。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制作方法，用于制作太陽能電池組件，包括：分別制作所述N層電池層；將所述N層電池層機(jī)械層疊且并聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種太陽能電池裝置，太陽能電池組件和最大功率點跟蹤模塊，其接收端連接疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的輸出端，其輸出端連接后級電網(wǎng)，用于電能輸出。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)、多個太陽能電池層機(jī)械疊置并聯(lián)，在標(biāo)準(zhǔn)太陽光輻照下每個電池層的工作電壓被設(shè)計成一致，電池層之間并聯(lián)，電壓不變，電流相加，與地面天氣變化無關(guān)；

(2)、多層太陽能電池采用不同材質(zhì)，用于吸收太陽光的不同波段，提高電池效率。

(3)、多層太陽能電池之間設(shè)置EVA材料，使不同層電池單元之間沒有載流子流動，達(dá)到非電接觸的絕緣狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中疊層并聯(lián)的太陽能電池組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中上層電池層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中中層電池層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中下層電池層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的制作流程圖；

圖6為本發(fā)明實施例疊層并聯(lián)的太陽能電池裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明某些實施例于后方將參照所附附圖做更全面性地描述，其中一些但并非全部的實施例將被示出。實際上，本發(fā)明的各種實施例可以許多不同形式實現(xiàn)，而不應(yīng)被解釋為限于此數(shù)所闡述的實施例；相對地，提供這些實施例使得本發(fā)明滿足適用的法律要求。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明實施例提供一種疊層并聯(lián)的太陽能電池組件，該太陽能電池組件是由多個電池層機(jī)械疊加并聯(lián)組成，如圖1所示，處于迎光面的電池層為上層電池層1，處于背光面的電池層為下層電池層3，中間的電池層為中層電池層2。每層電池材料的帶寬不同，每個電池層吸收一個特定波段(短波、中波和長波)的能量；每個電池層是由多個同類電池單元串聯(lián)或串并聯(lián)構(gòu)成，各電池層的電池單元之間沒有面積和位置的對應(yīng)關(guān)系，且處于電隔離狀態(tài)；在標(biāo)準(zhǔn)太陽光輻照下每個電池層的工作電壓被設(shè)計成一致，電池層之間并聯(lián)，電壓不變，電流相加，從而構(gòu)成與地面天氣變化無關(guān)的疊層并聯(lián)方式。

具體的，本實施例中，上層電池層1電池材料的帶

隙＞中層電池層2電池材料的帶隙＞下層電池層3電池材料的帶隙，即上層電池層1吸收太陽光中的短波段光譜能量，中層電池層2吸收太陽光中的中波段光譜能量，下層電池層3吸收太陽光中的長波段光譜能量。

各層電池層之間填充絕緣層材料，優(yōu)選EVA材料，使得不同電池層的電池單元之間沒有載流子流動，達(dá)到非電接觸的絕緣狀態(tài)。

上層電池層1為寬帶隙半導(dǎo)體薄膜太陽能電池層，可以采用銅銦鎵硒、鈣鈦礦等太陽能電池，如圖2所示，包括玻璃襯底10，及設(shè)置在玻璃襯底10上的多個串聯(lián)的上層電池單元11及覆蓋于上層電池單元11上的絕緣介質(zhì)膜15，每個上層電池單元11均包括依次層疊設(shè)置的下透明電極112、分離載流子的pn結(jié)113、上透明電極114，其中下透明電極112形成于玻璃襯底10上，且與相鄰上層電池單元11的上透明電極114電性連接，來形成多個上層電池單元11之間的串聯(lián)，通過條形串聯(lián)方式來提高開路電壓，該上層電池層吸收太陽光譜中的短波段光譜。

中層電池層2選用多片晶硅太陽能電池組成，可以采用常規(guī)的多晶硅或單晶硅雙面透光太陽電池，彼此之間為串聯(lián)(如60片、72片)或串并聯(lián)(如10×6片、12×6片)的形式連接，該層電池層主要吸收太陽光譜中的中段。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括Si-pn結(jié)、上下介質(zhì)膜21、22及上下柵線電極23、24。

下層電池層3為窄帶隙半導(dǎo)體薄膜太陽電池，可以采用多晶鍺薄膜太陽能電池。如圖4所示，包括玻璃襯底30，及設(shè)置在玻璃襯底30上的多個串聯(lián)的下層電池單元31及覆蓋于下層電池單元31上的絕緣介質(zhì)膜35，每個下層電池單元31均包括依次層疊設(shè)置的下透明電極312、分離載流子的pn結(jié)313、上透明電極314，其中下透明電極312形成于玻璃襯底30上，且與相鄰下層電池單元31的上透明電極314電性連接，來形成多個上層電池單元31之間的串聯(lián)，通過條形串聯(lián)方式來提高開路電壓。該下層電池層主要吸收太陽光譜中的長波段。

本實施例中，由于上層電池層1電池材料的帶

隙＞中層電池層2電池材料的帶隙＞下層電池層3電池材料的帶隙，且每個電池層的工作電壓被設(shè)計成一致，因此上層電池單元個數(shù)<中層電池單元個數(shù)<下層電池單元個數(shù)，每一個電池單元對應(yīng)一個pn結(jié)，在同等面積下，上層單個pn結(jié)面積＞中層單個pn結(jié)面積＞下層單個pn結(jié)面積。

本實施例中，上層電池層1的玻璃襯底10和下層電池層3的玻璃襯底30構(gòu)成形成的疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的相對兩外側(cè)面，即玻璃襯底10構(gòu)成疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的迎光面4，玻璃襯底30構(gòu)成疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的背光面5。pn結(jié)113選用CdS/CIGS-pn結(jié)，pn結(jié)313選用Ge-pn結(jié)，透明導(dǎo)電材料可以為ITO，AZO等，絕緣介質(zhì)膜可以為SiO₂、SiN、Al₂O₃等。

需要注意的是，盡管本實施例給出了三層電池層機(jī)械疊加來形成太陽能電池組件，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此，本發(fā)明可以采用N層電池層機(jī)械疊加，N≥2，N為正整數(shù)，各層電池層帶隙不同，用于吸收不同波段的光，提高太陽能電池組的電池效率，各層電池層并聯(lián)，且依據(jù)帶隙寬窄依次層疊，帶隙越寬越靠近迎光面。

本發(fā)明所述的機(jī)械疊加是多個太陽能電池層各自完成制備和電路連接后再進(jìn)行的疊加，而不是連續(xù)沉積在一個襯底上的串聯(lián)疊層電池，機(jī)械疊層既有利于電池層的分別制備，又有利于疊加電池層的電隔離。

本發(fā)明中各層并聯(lián)式是整個太陽能電池組件分層并聯(lián)，因此，電池層與電池層之間電池單元必須進(jìn)行電隔離。

本發(fā)明實施例還提供制作上述多層并聯(lián)的太陽能電池組件方法，包括以下步驟，如圖5所示：

步驟A：制作上層電池層；

首先，在玻璃襯底10上，沉積下透明電極層，采用激光切割來形成多個相互分離的下透明電極112，再者，采用熱沉積方法沉積銅銦鎵硒(CIGS)，采用水浴法沉積硫化鎘(CdS)，用于形成半導(dǎo)體薄膜層，采用激光切割來阻斷半導(dǎo)體薄膜層形成對應(yīng)設(shè)置于下透明電極112上的多個pn結(jié)113，然后，采用磁控濺射方法制備上透明電極層，采用激光切割來阻斷上透明電極層，形成對應(yīng)設(shè)置于pn結(jié)113上的多個上透明電極114，所述相應(yīng)的下透明電極112、pn結(jié)113及上透明電極114形成上層電池單元，一上層電池單元11的下透明電極112且與相鄰上層電池單元11的上透明電極114電性連接，形成電池單元串聯(lián)，最后沉積絕緣介質(zhì)膜15，用于電隔離。

步驟B：制作中層電池層；

首先，在硅襯底20正面擴(kuò)散磷(P)或硼(B)，形成pn結(jié)，具體在P型硅襯底正面擴(kuò)散磷(P)，或者在N型硅襯底正面擴(kuò)散硼(B)，形成pn結(jié)后，在正反兩面均沉積上層介質(zhì)膜21和下層介質(zhì)膜22，以鈍化表面態(tài)；在正反兩面均采用柵線絲網(wǎng)印刷制備金屬材質(zhì)的上層?xùn)啪€電極23和下層?xùn)啪€電極24，烘烤和燒結(jié)，使金屬滲透過介質(zhì)膜與硅形成歐姆接觸，形成單片的硅晶電池單元。采用傳統(tǒng)焊帶方式進(jìn)行串焊，形成60片串聯(lián)或72片串聯(lián)，或者是每串10片的6串并聯(lián)(10×6)、或每串12片的5串并聯(lián)(12×5)。這種雙面柵線電極使大部分長波長光能夠在非電極區(qū)域通過中層電池。

步驟C：制作下層電池層；

首先，在玻璃襯底30上，沉積下透明電極層，采用激光切割來形成多個相互分離的下透明電極312，再者，采用磁控濺射方法沉積鍺(Ge)，用于形成半導(dǎo)體薄膜層，采用激光切割來阻斷半導(dǎo)體薄膜層3形成對應(yīng)設(shè)置于下透明電極312上的多個pn結(jié)313，然后，采用磁控濺射方法制備上透明電極層，采用激光切割來阻斷上透明電極層，形成對應(yīng)設(shè)置于pn結(jié)313上的多個上透明電極314，所述相應(yīng)的下透明電極312、pn結(jié)313及上透明電極314形成上層電池單元，一上層電池單元的下透明電極312且與相鄰上層電池單元的上透明電極314電性連接，形成窄帶隙電池單元串聯(lián)，最后沉積絕緣介質(zhì)膜35，用于電隔離。

步驟D：將三層電池層疊置并聯(lián)；

將下層電池層3、中層電池層2、上層電池層1依次機(jī)械疊置，相鄰兩層之間采用聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物(EVA)材料填充，三層電池層的輸出端口并聯(lián)，形成疊層并聯(lián)的太陽能電池組件。上層電池層1的玻璃襯底10和下層電池層3的玻璃襯底30構(gòu)成形成的疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的相對兩外側(cè)面。

本實施例中，步驟A、B、C之間的順序可以調(diào)換，或者步驟A、B、C中的任兩者或三者可以同時制作。

本發(fā)明實施例還提供了一種疊層并聯(lián)的太陽能電池裝置，如圖6所示，包括上述的疊層并聯(lián)的太陽能電池組件及最大功率點跟蹤(MPPT)模塊。

最大功率點跟蹤(MPPT)模塊為圖6虛線框所示，其接收端連接疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的輸出端，輸出端連接后級電網(wǎng)。最大功率點跟蹤(MPPT)模塊包括采樣電路、控制電路、升壓電路三個部分，采樣電路接收疊層并聯(lián)的太陽能電池組件的輸出電壓，并對該輸出電壓進(jìn)行采樣，輸出采樣信號，控制電路接收采樣電路輸出的采樣信號，并依據(jù)采樣信號輸出對升壓電路的控制信號，升壓電路根據(jù)所述控制信號對太陽能電池組件輸出的電壓進(jìn)行升壓后，傳輸至后級電網(wǎng)，用于提供最大電能輸出。

應(yīng)注意，附圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本發(fā)明實施例的內(nèi)容。

實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如：

(1)采用刻蝕工藝代替各層電池層制作過程中的激光切割。

(2)采用離子注入工藝代替硅電池制作過程的擴(kuò)散。

(3)采用Al₂O₃薄膜、SiO₂薄膜代替電池SiN鈍化膜。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。