[發明專利]太陽能電池性能的改進方法及其結構

有效

• 申請號: 201210478809.6
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102983217A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王明華;姚文杰;李貴君;朱鑫;郁操;程冰;牛新偉
• 申請（專利權）人: 浙江正泰太陽能科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/075;C23C16/40;C23C16/50
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 馮譜

技術領域

本發明涉及太陽電池技術領域，具體地說涉及太陽能電池性能的改進方法及其結構。更具體地，涉及一種微晶硅單節薄膜電池和非晶微晶疊層電池，以及一種提高所述微晶硅單節薄膜電池和非晶微晶疊層電池的填充因子及改善其溫度系數的方法。

背景技術

隨著全球能源危機的日益加劇，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，在全球范圍內越來越受到關注。其中，光伏發電是大規模、經濟地利用太陽能的最重要的手段之一，太陽電池組件是實現光電轉換的最主要部件。受原材料限制和制備工藝的影響，晶體硅電池已經很難再提高轉換效率和降低成本。目前各國的研究重點都轉向了低成本、高效率和大面積的薄膜太陽電池的研發上。

硅基薄膜太陽能電池和組件，相對晶體硅電池和組件而言，除了材料的節省，潛在的成本優勢以外，功率溫度系數低也是其優勢之一。電池或者組件的功率溫度系數是評價其在實際應用中發電量的重要指標。太陽電池組件在戶外陽光照射下，內部的溫度會隨著輻照的時間和周圍環境而逐漸升高，導致組件輸出功率的下降。功率溫度系數是組件功率隨著自身溫度的增加而下降程度的表征。對于相同的裝機容量的光伏發電系統，越小的功率溫度系數可以獲得更大的電能產出。晶硅電池和組件的功率溫度系數通常在-0.45～-0.49%/℃，非晶硅單節電池和組件的功率溫度系數在-0.26%/℃~-0.28%/℃。因此，非晶硅組件在氣候炎熱的地區或者其他地區的正午高溫天氣下，將表現出更大的發電量。將非晶硅與微晶硅疊層是目前業界普遍采用的提高了硅基薄膜電池的光電轉化效率的方法，但由于微晶層與晶體硅類似，具有較高的溫度系數，導致疊層系統溫度系數變差。非晶微晶疊層電池和組件的功率溫度系數通常在-0.28%/℃~-0.38%/℃。目前為止，改善該結構的溫度系數的方法，通常都集中在提高Voc上，如采用寬帶隙的本征層材料SiOx[K.Sripraphaet.al,Solar?Energy?Materials&Solar?Cells?95(2011)115–118]等。但是采用寬帶隙本征層，會隨著帶隙增加引起組件吸收系數下降，進而不得不采用增加厚度的方式來補償電流的損失。這樣不僅會增加工藝時間，而且更主要的是會導致大的光致衰減。如何在不增加電池結構和工藝的復雜程度下，改善微晶硅子電池和非晶微晶疊層電池功率溫度系數，并且維持較高的光電轉化效率是目前急需解決的問題。

通常硅基薄膜電池都是生長在大粗糙度的TCO（Transparent?ContactOxide，透明導電氧化物）表面上，以增加光在該結構中的總光程，實現多次吸收，提高光電轉化效率[J.Muller,B.Rech,J.Springer,and?M.Vanecek,Sol.Energy?77,917（2004）]。然而在粗糙表面上生長微晶硅子電池或者非晶微晶疊層結構，卻面臨著P型摻雜層不能完全覆蓋前一個生長表面的問題。這引起了微晶硅本征層生長過程中空隙的形成，最后形成漏電渠道，導致開路電壓（Voc）和填充因子（FF）的下降[Journal?of?Non-Crystalline?Solids,V354,Issues19-25,1May?2008,Pages?2258-2262]。這是微晶硅子電池和疊層結構溫度系數變差的主要原因之一。2010年以來，瑞士IMT的Christophe?Ballif研究小組提出,采用SiOx層可以改善非晶或者微晶電池在粗糙TCO電極表面的性能[M.Despeisse?et?al.,Appl.Phys.Lett.96,073507（2010）]。Sichanugrist等人也曾經提出過微晶P型SiOx層的電池結構[Sichanugrist?et?al.U.S.Pat.No.7838442B2]。然而，SiOx層的導電性一直是困擾人們將其應用于薄膜電池的主要問題。

二氧化硅本身是一種絕緣材料。要將這種材料應用于薄膜電池首先就是要提高其導電能力。提高導電能力的方法可以通過兩種方式實現，一種是在二氧化硅中形成硅的納米晶或者微晶區域，通過納米晶或者微晶區域之間的隧穿作用實現導電，一般這樣的薄膜都不是完整化學計量比的二氧化硅，而通常被稱為SiOx；另一種是對二氧化硅進行摻雜，如摻磷或者摻硼，通過雜質或者缺陷提高SiOx的導電能力。目前普遍采用將這兩種方法結合的技術，在薄膜沉積的過程中，尋找合適的工藝窗口，在形成硅納米晶嵌入SiOx結構的同時實現N型或者P型摻雜。這樣的工藝窗口通常非常窄，在薄膜電池中使用SiOx層通常會導致串聯電阻的增加，抵消了其改善填充因子的作用。