[發明專利]薄膜光伏器件中增強光捕獲效應的方法

無效

• 申請號: 200710004975.1
• 申請日: 2007-02-14
• 公開（公告）號: CN101246922A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 李沅民;馬昕
• 申請（專利權）人: 北京行者多媒體科技有限公司
• 主分類號: H01L31/075
• 分類號: H01L31/075;H01L31/042;H01L31/02;H01L31/0224;H01L31/0236
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技術領域

本發明屬于太陽能光伏器材領域，特別涉及到基于薄膜硅的光伏器件的制造技術。

背景技術

最近幾年，光伏電池和大面積光伏模塊的發展引起了世人的廣泛關注。尤其是氫化非晶硅和納米晶硅，它們隨著光伏器件在商業和住宅設施中的廣泛應用，顯示出巨大的潛力。在260℃以下這樣較低的溫度下生產薄膜硅光伏器件一個顯著特點是，大面積沉積的與硅相關的半導體膜層和電接觸膜層具有優良性能。同時，使用良好成熟的鍍膜設備和程序，可以工業化地制成低成本的模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光劃線成型工藝(laserpatterning)允許多個太陽能電池元件在薄膜沉積過程中直接形成集成式的大面積光伏模塊。

對于光伏器件，特別是薄膜光伏器件來講，使其性能優良的關鍵是優化半導體光電轉換層對光能的吸收，并同時減少器件中的光損耗。在很薄的吸收層里能夠最大限度的吸收光能，是高轉換效率的必備條件。氫化薄膜硅所構成的太陽能電池通常具有p-i-n結構，其中p層和n層是不活躍的“死層”，它們在非摻雜的i層中建立一個內置電場，從而使得光致載流子被有效的收集。其吸收層的厚度一般只有幾百個微米，最多不超過大約2000微米。而且氫化硅薄膜的紅光和紅外光的吸收系數都比較低，所以有很大部分的陽光不能被有效的利用起來。已經嘗試過各種各樣的辦法來改善對光的吸收，其中包括使用粗糙的透明前電極，另外，也使用過反光率很高的背電極，使得未被吸收的光再一次被投回到電池中。對于非晶硅電池來講吸收層i層也不能做得很厚，原因是該材料具有光質衰減的缺陷。所以光學工程的辦法在制造薄膜硅電池過程中起很重要的作用。

背電極對于基于薄膜氫化非晶硅和納米晶硅的太陽能電池(也叫做薄膜光伏或光電器件)，尤其是大面積光伏模塊的高性能和可靠性致關重要，其中高效的捕光能力對于捕獲弱吸收光是不可缺少的因素。背電極的有效反光特性把不能吸收的光線直接反射回去。反射最好是以一個很大的角度(散射式)進行，這樣光可以進入硅吸收層中以較大的機率被捕獲，從而增加光電流。但是由于反射性的背電極具有較平坦的與n層形成的界面，所以反射光的角度通常達不到使其可以具有全部內反射的臨界角度。所以為了增大背電極光反射的散射角度，該電極表面必須具有在微米尺寸上的非平坦結構。

發明內容

基于上述考慮，申請人擬訂了本發明的首要目的：提高基于氫化硅的薄膜太陽能光伏器件的轉換效率。

本發明的進一步目的是，改善基于氫化硅的薄膜太陽能光伏器件的光學設計，從而增強其對長波光的反應。

為了達到上述目的，本發明采用一種改進薄膜硅p-i-n型太陽能電池的反射背電極的光散射能力的方法。具體做法是在形成基于硅薄膜的p-i-n結構時，沉積一個厚度不小于300納米的n層，然后用蝕刻的方法處理n層，使其表面產生尺寸為微米左右的非平坦結構(絨面結構)，然后在n層上形成具有高度光反射率的背電極。由于反射背電極的表面依n層表面具有非鏡狀的高散射結構，所以未被吸收的長波光得以超過其臨界角度，被反射回i層之中，從而以完全內反射的方式被吸收并導致光電流的增加。對于硅薄膜電池來講，所指的長波光主要包括700-1100納米的波長范圍，特別是800-1000納米。能夠改善對這部分太陽能輻射的吸收對于提高薄膜光伏器件的輸出功率有十分重要的意義。

這個粗糙的n層結構同樣適用與單結光伏器件和多結光伏器件的最后一個n層。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

附圖顯示了一個具有非平坦n層表面的p-i-n型光伏器件層狀結構。

具體實施方式