[發明專利]一種多吸收層橫向分布的非晶硅太陽能電池

無效

• 申請號: 201210351455.9
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102856420A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 劉爽;曲鵬程;魏廣路;吳易龍;何存玉;張林;熊流峰;劉颯;鐘智勇;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/076
• 分類號: H01L31/076;H01L31/0352;H01L31/0232
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，涉及非晶硅太陽能電池結構，尤其是一種多吸收層的非晶硅太陽能電池結構。

背景技術

隨著石油，天然氣等不可再生資源的日益枯竭，太陽能作為一種取之不盡的資源成為人類所努力的方向。目前主要的硅基太陽能電池主要為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池，其中，非晶硅太陽能電池和單晶硅和多晶硅太陽能電池相比，在制造工藝上大大簡化，在材料消耗和電能耗上大大減少，從而成為硅基太陽能電池的熱點。

非晶硅太陽能電池的結構經過一系列的發展，不斷克服著發展中的缺陷。最先提出的是非晶硅單結太陽能電池，其結構如圖1所示，從上往下包括依次層疊的透明玻璃襯底1（起到襯底支撐作用和對下層結構的保護作用），TCO透明導電膜2（與金屬電極一起構成電池的正負極），P型半導體層3（與N型半導體層一起構成太陽能電池的內建電場），緩沖層4（緩沖層的作用是減少半導體層與光吸收層由于晶格失配所帶來的串聯電阻的增加），非晶硅光吸收層5（吸收太陽光能并產生光生非平衡載流子），N型半導體層6，金屬電極7。其中光吸收層作為非平衡載流子的產生層，P型半導體層3和N型半導體層6為電池提供了內建電場，進行非平衡載流子的收集。

單結非晶硅太陽能電池，由于非晶硅光吸收層的光學帶隙寬度是固定的（約為1.7ev），因此只能單一的吸收波長為0.3~0.75微米的可見光波段，光譜利用率較低。同時，單結非晶硅太陽能電池為了盡可能增加太陽能轉換效率，非晶硅光吸收層需要做得很厚，但較厚的非晶硅光吸收層反而增加了電池的不穩定性，即存在所謂的S-W效應（光至衰退效應），這會導致單結非晶硅太陽能電池隨著光照時間的增加，太陽能轉換效率會降低10%-20%。因此，拓寬非晶硅太陽能電池對光譜的響應范圍，降低S-W效應，是非晶硅太陽能電池發展的必然趨勢。

為了拓寬非晶硅太陽能電池對光譜的響應范圍，降低S-W效應，人們在單結非晶硅太陽能電池的基礎上提出了疊層非晶硅太陽能電池。疊層非晶硅太陽能電池，其結構如圖2所示，從上到下包括依次層疊的透明玻璃襯底1，TCO透明導電膜2，第一P型半導體層3，第一緩沖層4，第一非晶硅光吸收層5，第一N型半導體層6，第二P型半導體層7，第二緩沖層8，第二非晶硅光吸收層9，第二N型半導體層10，金屬電極11。疊層非晶硅太陽能電池相當于兩個pin結構的單結非晶硅太陽能子電池（頂電池和底電池）的串聯結構。

疊層非晶硅太陽能電池利用PECVD等薄膜沉積技術依次沉積兩個pin結構的太陽能電池。其中，頂電池吸收能量較大的光波段，底電池吸收能量較小的光波段，擴展了光譜的響應；同時其吸收層的薄化，使得兩個子電池的內建電場有所增大，這樣有利于非平衡載流子快速從非晶硅光吸收層中抽出，避免了載流子的復合損失，從而有利于提高太陽能轉換效率并降低S-W效應。

但是，疊層非晶硅太陽能電池隨即帶來了一些新的問題，影響著電池的轉換效率。由于兩個子電池相互串聯，流經兩個子電池的電流必然相等，即兩個子電池中產生的最小電流為最終輸出的電流，所以必須調節頂電池或底電池非晶硅光吸收層的厚度，使兩個個子電池的電流相匹配，才能獲得較好的轉換效率。如不考慮厚度，則頂電池和底電池皆可成為限制條件，從而影響電池的轉換效率。除此之外，疊層非晶硅太陽能電池中，頂電池的N型半導體層（即第一N型半導體層6）和底電池的P型半導體層（第二P型半導體層）相互接觸，形成一個N-P反向結，會使頂電池的電子積累在第一非晶硅光吸收層5中，而底電池的空穴積累在第二非晶硅光吸收層9中，這樣會增大非平衡載流子的復合率，使太陽能電池的轉換效率降低。

為了解決疊層電池帶來的問題，需要從工藝上控制第一、二非晶硅光吸收層的厚度，以使兩個個子電池的電流相匹配；同時選用不同的材料來制作第一N型半導體層6和第二P型半導體層，以降低N-P反向結的影響。然而這樣無疑將增加工藝難度和復雜程度，同時也無法完全消除N-P反向結的影響。

發明內容

為了進一步提高非晶硅太陽能電池的太陽能光譜利用率，提高太陽能轉換效率，同時降低光至衰退效應，消除N-P反向結的影響，本發明提供一種多吸收層橫向分布的非晶硅太陽能電池。

本發明技術方案如下：