[發(fā)明專利]一種薄膜太陽(yáng)能電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197098.3
• 申請(qǐng)日: 2009-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN101673778A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃素梅;王正安;孫卓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/042
• 分類號(hào): H01L31/042;H01L31/055;H01L31/0232;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利事務(wù)所
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏電池，具體地說(shuō)是一種高光電轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是利用光生伏打效應(yīng)直接把太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為電能的器件，當(dāng)太陽(yáng)光輻射到太陽(yáng)能電池上時(shí)，電池就吸收光能，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在電池的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子和空穴被電場(chǎng)分離，電池兩端形成異性電荷積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是所謂的“光生伏打效應(yīng)”。若在內(nèi)建電場(chǎng)的兩端，用導(dǎo)線接上負(fù)載，負(fù)載就有“光生電流”通過(guò)，從而就有功率輸出。在能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)電池由于潔凈、資源永不枯竭、基本不受地理?xiàng)l件限制等特點(diǎn)日益受到關(guān)注。

太陽(yáng)能電池自1960年代發(fā)展至今，技術(shù)一直在進(jìn)步、發(fā)展，單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到15％-24％。現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的太陽(yáng)能電池80％屬于結(jié)晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池。由于現(xiàn)有技術(shù)的硅基太陽(yáng)能電池制作成本高，只能使用在一些特殊的場(chǎng)合，如為衛(wèi)星供電或邊遠(yuǎn)地區(qū)通信塔使用等，無(wú)法大規(guī)模地發(fā)展其應(yīng)用。目前，太陽(yáng)能發(fā)電量只相當(dāng)于全球發(fā)電總量的0.04％，要使太陽(yáng)能發(fā)電得到大規(guī)模推廣，就必須降低太陽(yáng)能電池材料的成本或提高太陽(yáng)能電池的效率及其壽命，從而提高其性價(jià)比，使太陽(yáng)能電池發(fā)電，在成本與價(jià)格上，能與化石燃料能源發(fā)電相競(jìng)爭(zhēng)。

從物理機(jī)制來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)單晶硅太陽(yáng)能電池有兩項(xiàng)不可避免的損耗，晶體硅能隙約1.1eV，波長(zhǎng)大于1150nm的光無(wú)法吸收。太陽(yáng)光譜中，能量高于1.1eV的光子，高于1.1eV的部分會(huì)轉(zhuǎn)變成熱，無(wú)法有效地轉(zhuǎn)換成電能，且熱能對(duì)器件的壽命可能造成不良影響。考慮到器件表面散射、反射等耗損，加上硅的高折射率，尤其在可見光范圍內(nèi)，總體上硅基太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)能的利用率不到2/3，其反射損失可達(dá)40％以上，從而降低了器件的實(shí)際效率。另外對(duì)硅基太陽(yáng)能電池，紫外光要么直接被滲漏出去，不被器件吸收，造成大量的浪費(fèi)，要么被硅利用直接轉(zhuǎn)化為熱能，降低了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。研發(fā)高效率、長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性太陽(yáng)能電池技術(shù)是突破光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵，同時(shí)還需簡(jiǎn)化工藝、降低成本，制造出高效價(jià)廉的太陽(yáng)能電池，從而使得太陽(yáng)能電池能最終得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種薄膜太陽(yáng)能電池，它可使紫外光轉(zhuǎn)換為電池可吸收的可見光，實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外光到電能的轉(zhuǎn)換，大大提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率以及太陽(yáng)能電池的壽命、質(zhì)量和性能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的的具體技術(shù)方案是：一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特點(diǎn)是該電池由P型硅(P-Si)層、N型硅(N-Si)層、氮化硅(Si3N4)層、寬帶減反復(fù)合膜或光譜下轉(zhuǎn)換納米顆粒薄膜構(gòu)成。

所述寬帶減反復(fù)合膜由多層納米薄膜材料疊加而成，膜層材料為Ag、Au、TiO2、MgO、SiO₂或類金剛石(DLC)，其制備采用磁控濺射、真空蒸發(fā)、化學(xué)鍍、電化學(xué)鍍、浸鍍、旋涂或超聲鍍。

所述寬帶減反復(fù)合膜為七層厚度不同、折射率呈梯度變化的多層結(jié)構(gòu)膜，并在傳統(tǒng)硅電池的氮化硅(Si₃N₄)上制備，折射率n＝1.0～3.0；厚度t＝60～200nm。

所述光譜下轉(zhuǎn)換納米顆粒薄膜材料為Si、ZnO、ZnS、CdS、InP、InAs、PbSe、CdSe?CeO₂、Y₂O₃或Eu³⁺，其制備采用磁控濺射、真空蒸發(fā)、溶膠-凝膠法、化學(xué)鍍、電化學(xué)鍍、浸鍍、旋涂或超聲鍍。

所述光譜下轉(zhuǎn)換納米顆粒薄膜由1～3nm的硅顆粒構(gòu)成，其制備包括以下步驟：

(a)多孔硅層制備

采用穩(wěn)壓、恒流氧化法制備多孔硅層，其電流密度為5～50mA/cm2；氧化時(shí)間為2～2.5h；

(b)硅納米顆粒制備

利用超聲波將上述制備的多孔硅層從單晶硅表面剝離并粉碎，制得硅納米顆粒粉末，粉碎時(shí)間為10～15min；

(c)硅納米膜制備

利用旋涂法制備致密的硅(Si)納米膜，其旋轉(zhuǎn)速度為200～1000r/min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有極高的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率，制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了太陽(yáng)能電池的壽命、質(zhì)量和性能，使我國(guó)的太陽(yáng)能電池能進(jìn)一步得到推廣和應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1～圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為寬帶減反復(fù)合膜結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式