[發明專利]一種機械疊層碲化鎘/多晶硅太陽能電池

無效

• 申請號: 201110268965.5
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN103000738A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 曹鴻;王善力;鄔云驊;潘建亮;張傳軍;褚君浩
• 申請（專利權）人: 上海太陽能電池研究與發展中心
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及太陽能電池，具體是指一種機械疊層碲化鎘/多晶硅太陽能電池結構。

背景技術

CdTe是能隙為1.45eV的直接禁帶半導體材料，很接近太陽電池需要的最優化能隙，吸收系數約為10⁵cm^-1，就太陽輻射光譜中能量高于CdTe能隙的范圍而言，1微米厚的CdTe可以有效吸收其99％。目前國際上CdTe太陽電池的光電轉換效率已達17.3％。

多晶硅太陽能電池以其轉換效率較高(19.8％)、性能穩定和成本適中而得到越來越廣泛的應用。多晶硅太陽能電池對原料的純度要求低，原料的來源渠道也較為廣闊，可由鑄錠而成，適合大規模商業化生產，多線切割工藝可為電池生產提供不同規格的硅片，以適應不同用途，并使生產成本大大降低。

多晶硅太陽能電池多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料融化澆鑄而成。其過程是選擇電阻率為100～300Ω·cm的多晶塊料或單晶硅頭尾料，經破碎，用V(氫氟酸)∶V(硝酸)＝1∶5混合液進行適當的腐蝕，然后用去離子水沖洗呈中性，烘干。用石英坩堝裝好多晶硅料，加入適量硼硅，放入澆鑄爐，在真空狀態中加熱熔化。熔化后保溫20min，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽能電池片，提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池差不多，雖然光電轉化效率稍低于單晶硅太陽能電池，但是材料制造簡單，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到了快速發展。目前多晶硅太陽能電池的產量已超越單晶硅太陽能電池，占據市場的主導地位。

為了最大程度地有效利用更寬廣波長范圍內的太陽光能量，提高太陽電池的轉換效率，往往把太陽光譜分成連續的若干部分，用能量寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，讓波長最短的光被最外邊的寬帶隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進去讓較窄能隙材料電池利用，這樣就有可能最大限度地將太陽光能轉換成電能，具有這種結構的太陽能電池稱為疊層電池。

目前如何尋求新材料、新結構來改善太陽能電池的光伏性能參數是困擾光伏工作者的最大難題之一。在對傳統太陽電池研究的基礎上，疊層太陽電池的研究備受光伏界的關注。

發明內容

本發明的目的就是要提出一種具有疊層結構的，制作簡單、低成本的碲化鎘/多晶硅疊層太陽能電池。

本發明的碲化鎘/多晶硅疊層太陽能電池，包括：一位于頂部的吸收偏向短波的高能太陽光的碲化鎘太陽能電池，以及一位于底部的吸收偏向長波的低能太陽光的多晶硅太陽能電池。

所述的碲化鎘太陽能電池，包括：玻璃襯底，在玻璃襯底上依次沉積有透明導電氧化物前電極層、n型CdS窗口層、p型碲化鎘吸收層、透明導電層、背電極。

所述的多晶硅太陽能電池由在多晶硅薄片上通過擴散形成的多晶硅半導體n型層和p型層，該n型層和p型層構成pn結，在pn結的表面和背面通過印刷形成的表面電極和背面電極組成。

所述的碲化鎘太陽能電池的背電極和多晶硅太陽能電池的表面電極的形狀和大小完全一致。

本發明結構的優點在于：不僅擴展了對太陽光譜的吸收范圍，而且簡化了制備工藝，降低了電池成本。

附圖說明

圖1為本發明的碲化鎘/多晶硅疊層太陽能電池的結構示意圖。

圖2為本發明的制備頂部碲化鎘太陽能電池背電極及多晶硅太陽能電池的表面電極用的掩模板結構示意圖。

具體實施方式

下面給出本發明的較佳實施例，并結合附圖做詳細說明。

見圖1，該碲化鎘/多晶硅疊層太陽能電池，包括：頂部可吸收偏向短波的高能太陽光的碲化鎘太陽能電池和底部可吸收偏向長波的低能太陽光的多晶硅太陽能電池。

其中頂部碲化鎘太陽能電池，包括：玻璃襯底1，在玻璃襯底1上依次沉積的透明導電氧化物前電極層2、n型CdS窗口層3、p型碲化鎘吸收層4、透明導電層5、背電極6。

其制備過程如下：

首先，在玻璃襯底1上熱蒸發厚度為200～800納米的透明導電氧化物前電極層2，材料為ITO、SnO₂:F、ZnO:Al中的任一種。

在前電極層2上磁控濺射厚度為50～100納米的n型CdS窗口層3。

采用射頻濺射方法在n型CdS窗口層3上沉積p型碲化鎘吸收層4，厚度為500～2000納米。