[發明專利]光能電池增效轉光膜

無效

• 申請號: 200710086657.4
• 申請日: 2007-03-29
• 公開（公告）號: CN101295742A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 索辛納姆;羅維鴻;蔡琦睿;陳建毅
• 申請（專利權）人: 羅維鴻;陳建毅
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L51/52;C09K11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【發明所屬技術領域】

本發明系關于一種光能電池增效轉光膜，尤指一種可將 太陽短波及可見光波段的輻射轉移至黃色和黃橘色波段的增 效轉光膜，其所提供的光能電池完全工作時的有效率可達 18～18.7％。

【先前技術】

借助于單晶硅將太陽輻射的能量進行轉化的自然光能裝 置組件的最簡單架構如下。該光能電池組件是在單晶硅的基 礎上構建起來的，通常是p型導電類型的半導體單晶硅片。 這種導電類型是通過在單晶硅中加入硼的混合物實現的。通 常氣相銻的混合物在p型硅中擴散會在硅片表面形成p-n類 型間的轉化，導電類型由電洞導電變為電子導電，即n型導 電。硅片表面n型覆膜的濃度為0.5～3微米。該覆膜通常與 金屬電極相接觸(金或其合金)。在硅片背面完全覆蓋上金屬 電極或是以銀覆膜形式存在的電極。

以下是光能電池組件工作的物理原理。當該組件被自然 光照或人工照明的輻射激活時，被硅材料吸收的光子將生成 不平衡的電子電洞對。此時，位于臨近p-n躍遷的p層中的 電子向該躍遷的邊界遷移，被其中存在的電引力場吸入到n 型區域。另一方面，存在于硅片表面n層的電洞載體(p型 載體)部分轉移到硅片內部，即硅片p型區域。這種擴散的 結果是n層獲得了額外的負電荷，而p層獲得了額外的正電 荷。半導體硅片p層與n層間的勢能接觸差減小，此時外部 電路中形成了電壓。該半導體電源的負極是n層，而正極是 p層。

硅片在光照條件下發生的光電效應可用伏安特性方程來 描述：

U＝(KT/q)*ln[(I_ph-I)/I_s+I_z]

其中I_S-供給電流，I_ph-光電流

從半導體硅片表面每平方厘米面積所能獲得的最大功率 I_ph*U＝X*I_κ3*U_XX，其中，X為伏安特性比例系數，I_κ3為短路 電流，U_XX為空載電壓。上述光能電池組件最簡單架構的有效 工作系數為15～16％，一片半導體硅片光能電池可轉化并獲得 高達40W的功率。

該光能電池組件架構的主要缺陷是半導體硅片表面p層 與n層濃度的不均勻性。此外，p-n和硅較活躍時的光譜最大 值通常無法與太陽輻射的光譜最大值相重合。

下面援引圖表來解釋這種偏差。圖1是已知光能電池的 基本架構圖，其中，1是p型單晶硅片，2是n型導電層，3 是電極系統，4是外層抗反射覆膜。通常在光能電池硅片外 面包上由乙酸乙烯酯或聚碳酸酯類化合物構成的防塵外殼。

根據在中緯度(例如北緯48°)太陽與地平線成45°角時 測得的太陽輻射能量光譜圖可以很明顯地觀察出，到達地球 表面的太陽輻射能量最高的分波段在290-1060nm間。(需要 指出的是，當光能電池在近太空環境中工作時，在其完整的 光譜圖中還會出現UV與VUV分波段的短波輻射與波長大于 1065nm的紅外中波輻射；而在地球表面工作時，短波輻射會 被大氣中的氧氣吸收，UV中波輻射會被水蒸汽強烈吸收)。

另外值得注意的是太陽輻射光譜圖中能量的不均衡分 布。太陽輻射能量的最大值出現在藍色波段λ＝470nm處。在 可見光的主要波段500～600nm段的太陽輻射較最大值減少 了20％，λ＝720nm對應的輻射值減少了一半。λ＝1000nm＝1 微米對應的輻射值僅是最大值的1/5。圖2是在與太陽輻射相 對應的各分波段測得的光能電池樣品敏感度標準光譜曲線， 將太陽輻射能量光譜圖中的數據與圖2中的數據進行比較， 可發現在λ＝400～470nm太陽輻射最大值區域內單晶硅敏感 度的最大值不超過最高敏感度的20％。在光譜的λ＝440～ 880nm波段，單晶硅敏感度曲線急劇上升，即單晶硅光能電 池對可見光與近紅外光波段的輻射比較敏感，然而IM?125光 能電池的敏感度最大值出現在近950～980nm波段。單晶硅光 能電池的敏感度最大值位于上述窄波段內是由單晶硅的能帶 架構決定的，其禁帶的寬度Eg＝1.21ev，對應波長λ＝950nm。