[發明專利]一種機械疊層AlSb/CIS薄膜太陽電池

有效

• 申請號: 200710051030.5
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN101217167A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 李衛;馮良桓;呂彬;蔡亞平;張靜全;黎兵;武莉莉;雷智;孫震;謝晗科
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種半導體薄膜太陽電池的結構設計，特別涉及一種機械疊層的薄膜太陽電池。

背景技術

單結結構的薄膜太陽電池，只能吸收和轉換特定光譜范圍的太陽光，光電轉換效率不高。如果用不同能隙寬度(Eg)的材料，按其大小從上而下疊合成雙結或多結太陽電池，可以選擇性吸收和轉換太陽光譜的不同區域的能量，就能大大提高薄膜太陽電池的轉換效率。

美國可再生能源實驗室(NREL)的Coutts等人(見Proceedings?of?the?12^th?PhotovoltaicScience?and?Engineering?Conference，Cheju?Island，Korea，2001：277)計算了在AM1.5，100mW/cm²，25℃條件下，雙結疊層多晶薄膜太陽電池的效率可達28％，其中頂電池和底電池吸收層的能隙分別要滿足1.7eV和1.1eV。由于適宜的底電池吸收層能隙為1.1eV，正好與CuInSe₂(CIS)的能隙接近，而且CIS作為吸收層的電池(簡稱CIS電池)的制備工藝也比較成熟，因此，雙結薄膜疊層電池中底電池常選用CIS電池，這種底電池的結構一般為：玻璃/Mo/CIS/ZnO或玻璃/Mo/CIS/CdS/TCO，但上述結構的底電池效率通常不高。對頂電池而言，要求吸收層的能隙比較寬，因此選擇的范圍主要集中在I-III-VI和II-VI族化合物半導體材料中，如Ag(InGa)Se₂(1.7eV)，CuGaSe₂(1.6eV)，CdSe(1.7eV)等，這些材料的能隙接近1.7eV，雖然前兩者已經分別在日本的青山學院大學(Aoyama?Gakuin?University)和美國的NREL獲得了9.3％(見Proceedings?of?the?2005?Spring?MRS，2005)和10.2％(見Proceedings?of?the?31^stIEEE?PVSEC，Lake?Buena?Vista，Florida，2005：299)的單結電池效率，但存在如下缺點：

1.這類三元或多元化合物制備困難，很難控制化學配比。

2.尤其足這類三元或多元化合物材料作為頂電池的吸收層，需得把不透明的背接觸換成透明的背接觸材料，如透明導電氧化物薄膜(TCO)，但制備的高溫過程導致Ga₂O₃的形成及TCO中組分的缺失，嚴重影響器件的性能，從而使效率大大降低。

對于II-VI族化合物半導體材料CdSe，雖然能隙大小很適宜于制作頂電池，但材料本身吸收系數不高，因此，以CdSe作為吸收層的電池(簡稱CdSe電池)，其轉換效率不高，如美國的南佛里達大學(University?of?South?Florida)僅僅獲得了1.9％的效率(見Proceedings?of?the?19^thEuropean?Photovoltaic?Solar?Energy?Conference?and?Exhibition，Paris，France，2004：1651)。值得一提的是，美國的NREL采用II-VI族化合物半導體CdTe作為雙結機械疊層電池中頂電池的吸收層，并采用CIS作為底電池的吸收層，獲得了15.31％的疊層電池轉換效率(見Prog?Photovolt：Res?Appl，2006，14：471)，但該結構也存在明顯的不足。首先，CdTe作為頂電池的吸收層，其能隙偏小；其次，CdTe的功函數很高，很難與后面的金屬直接形成歐姆接觸，通常需加復雜的復合層形成透明背接觸，如ZnTe:Cu/ITO、Cu_xTe/ITO。

發明內容

本發明的目的是為了消除上述不足或缺陷，進一步改進雙結疊層薄膜太陽電池的結構設計，提出一種以AlSb作頂電池(簡稱AlSb頂電池)，而以CIS作底電池的AlSb/CIS雙結疊層太陽電池結構，選擇性地吸收和轉化太陽光譜的不同波段的能量，從而獲得更高的光電轉換效率。