[發明專利]薄膜太陽能電池

無效

• 申請號: 201110283633.4
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102306678A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 鄭分剛;曹大威;王春燕
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L31/078
• 分類號: H01L31/078;H01L31/0336
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒;陸金星

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池，具體涉及一種薄膜太陽能電池。

背景技術

太陽能源是人類取之不盡、用之不竭的可再生能源，也是清潔能源。因此，利用太陽能已經成為人們關注的焦點。

目前，太陽能的開發與利用主要分為熱能利用以及光能利用，太陽能熱能利用是指通過利用陽光加熱水產生蒸汽等方式以利用其內能；光能利用是指用太陽能電池將太陽能轉化為電能來進行利用。因電能更易儲存和輸送，將太陽能轉化為電能更有利于人們對太陽能的綜合利用。因此，太陽能電池在近幾十年中成為了各國研發的熱點。

傳統的固態太陽能電池主要有：晶體硅(單晶和多晶)太陽能電池、非晶/微晶硅薄膜太陽能電池和化合物太陽能電池(GaAs，CIGS)。這些固態太陽能電池有正-負極聯接——正極半導體層和負電子層之間的聯接。這些聯接層是光伏效應的關鍵，當太陽能電池吸收來自太陽的光子時，光子的能量會產生電子-空穴對，這些電子-空穴對在耗竭區內被分開，也就是微小的正-負聯接區，然后被收集為電力。然而，這個過程需要光子穿透耗盡區的物質。他們的能量也必須精確地匹配半導體的電子能帶隙能量，也就是半導體價帶和傳導能帶之間的差距，導帶與價帶之間沒有電子狀態的存在。傳統固態光電器件可以產生的最大電壓等于其電子能隙，即使是所謂的串聯細胞——其中有一些半導體正-負聯結的堆積，其能產生的光電電壓也是有限的，因為光穿透的深度是有限的。半導體的光生伏打效應是由宏觀不均勻性造成的，產生光伏電壓一般不超過半導體的禁帶寬度(一般為數伏)。

另一方面，由于鐵電材料具有完全不同于半導體的反常光生伏打效應：均勻鐵電晶體在均勻光照下出現穩態短路光生電流或開路電壓的現象，光伏電壓不受晶體禁帶寬度(Eg)的限制，可比Eg高2～4個數量級，達10³～10⁵V/cm。正是由于鐵電材料的這種超過千伏的輸出光電壓和將光能轉換為電能的性質，使其在光傳感器、光驅動器、鐵電光伏電池等領域具有重要的應用前景。另外，鐵電材料的光吸收區域是整個材料內部，而不僅僅局限于耗盡區，大大增加了光吸收，有利于產生更多的電子-空穴對；材料內部產生的電子-空穴對可以被鐵電材料的退極化場分離開來。

目前，已在鈦酸鋇、鈮酸鋰、鈦酸鉛、鉍鐵氧系等鐵電材料中發現了光伏效應。傳統的鐵電薄膜太陽能電池結構為金屬電極/鐵電薄膜/金屬電極結構；在鐵電薄膜的上、下兩個界面處都存在著金屬/薄膜肖特基勢壘，該上、下界面肖特基勢壘形成的內建電場的方向總是相反的，從而導致肖特基勢壘對光電流的貢獻減小。

文獻(ITO襯底上PZT膜的性能研究，江蘇石油化工學院學報，Vol.11No.3，P48～51)公開了一種在ITO襯底上旋涂PZT膜的結構，可取代昂貴的Pt襯底作鐵電薄膜的性能研究。然而，由于PZT薄膜具有較大的禁帶寬度(3.5eV左右)，只能吸收太陽光譜中紫外光，而太陽光中紫外光的功率只占整個太陽光譜的5％左右；而且其導電能力較差(常溫下小于20mA/cm²)，因此其光電轉換效率通常較低，一般在0.01％以下。

發明內容

本發明目的是提供一種薄膜太陽能電池。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種薄膜太陽能電池，從上到下依次包括ITO導電玻璃、PZT薄膜層、a-Si薄膜層和金屬電極，所述PZT薄膜層設于ITO導電玻璃的導電面上；

所述金屬電極與a-Si薄膜層形成歐姆接觸；所述ITO導電玻璃的導電面與PZT薄膜層構成肖特基接觸結構；所述金屬電極和ITO導電玻璃的導電面構成太陽能電池的正負電極結構。

上文中，所述ITO導電玻璃是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎上，利用磁控濺射的方法鍍上一層氧化銦錫(俗稱ITO)膜加工制作成的，是現有技術。

所述PZT薄膜層是指鋯鈦酸鉛薄膜層，所述PZT是將醋酸鉛、鈦酸丁酯、鋯酸丁酯等按一定化學計量比溶解在醋酸和乙二醇甲醚混合中，形成溶膠，利用甩膜的方法制備而成。所得的PZT薄膜具有鐵電效應。

所述ITO導電玻璃的導電面作為與金屬電極相對的另一電極，ITO與PZT接觸形成肖特基勢壘，該內建電場的方向由PZT薄膜指向ITO導電玻璃的導電面；ITO導電玻璃的導電面作為電極的同時，讓光通過電極照射入電池內部。金屬電極與a-Si之間形成歐姆接觸。

所述ITO導電玻璃的導電面作為與金屬電極相對的另一電極，其與金屬電極一起構成太陽能電池的正負電極結構。

所述a-Si薄膜層是指非晶硅薄膜層。