[實(shí)用新型]一種采用新型中間層的疊層太陽能電池有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201220661785.3 | 申請(qǐng)日: | 2012-12-04 |
| 公開(公告)號(hào): | CN202996852U | 公開(公告)日: | 2013-06-12 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 張銘;沈華龍;王濤;嚴(yán)輝;潘清濤;賈海軍 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 北京工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號(hào): | H01L31/0352 | 分類號(hào): | H01L31/0352;H01L31/076 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 采用 新型 中間層 太陽能電池 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及薄膜疊層太陽能電池中間層技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及非晶硅疊層電池中間層的制備方法。
背景技術(shù)
眾所周知,隨著全球能源危機(jī)日益加劇,開發(fā)和發(fā)展利用新能源技術(shù)已經(jīng)成為目前我們的主要課題。太陽能作為清潔,可再生的能源,越來越受到人們的關(guān)注。其中,光伏發(fā)電是大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)利用太陽能的重要手段之一。
由于太陽能光譜中的能量分布較寬,現(xiàn)有的任何一種半導(dǎo)體材料只能吸收能量比其能隙值高的光子。能量較小的光子將透過電池,被電極金屬吸收,轉(zhuǎn)變成熱能;高能光子超出能隙寬度的多余的能量,則通過光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點(diǎn)陣原子,使材料本身發(fā)熱。這些能量都不能通過光生載流子傳給負(fù)載,變成有效的電能。為了提高對(duì)太陽能的利用率,人們提出了疊層太陽能電池的概念。疊層太陽能電池子電池按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來,并使電池材料的能帶寬度與光譜最好的匹配,讓波長最短的光波最早被電池吸收利用,波長較長的光能夠透射進(jìn)去讓能隙較窄的電池吸收利用,這最大限度的提高了電池對(duì)太陽光的吸收利用,從而提高電池性能與效率。對(duì)于疊層太陽能電池,最佳的頂、底電池的光吸收層的能隙分別為1.7eV和1.0eV。
非晶硅/微晶硅疊層電池由于制備工藝簡(jiǎn)單、能耗少、無污染以及非晶硅和微晶硅帶隙分別為1.74eV和1.12eV。這大大的增加了非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池中,為了降低非晶硅電池光致衰退效應(yīng),非晶硅電池厚度需盡量減小,從而導(dǎo)致頂電池光電流減小。在非晶硅/微晶硅疊層電池中引入中間層,其作用主要是將一部分光反射回頂層,提高頂電池光的吸收,可以有效提高頂電池的光電流,使頂、底子電池電流得以匹配。因此,中間層要具有較低的折射率,較小的光吸收以及良好的電導(dǎo)率。
1996年,瑞士Neuchatel大學(xué)IMT小組的D.?Fischer等人首次將ZnO作為中間層應(yīng)用于非晶硅/微晶硅疊層電池[1]。雖然ZnO具有較低的折射率(2.0eV左右)和較大的帶隙(3.0eV),但作為中間層時(shí)需要追加額外的激光劃刻工序。由于n型硅氧薄膜(n-SiOx:H)的制備工藝與非晶硅和微晶硅電池的相似,并且其光學(xué)性質(zhì)可調(diào),因此,n-SiOx:H薄膜作為中間層在工業(yè)生產(chǎn)上得到了應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容:
本實(shí)用新型是為了克服傳統(tǒng)N型硅氧薄膜中間層由于低折射率的要求而重?fù)剑瑢?dǎo)致薄膜電導(dǎo)率低的問題。本實(shí)用新型可有效提高電池的電流傳導(dǎo)能力,降低串聯(lián)電阻損耗。一種采用新型中間層的疊層太陽能電池,依次包括襯底、透明導(dǎo)電層、非晶硅頂電池、中間層、微晶硅底電池、背電極,其特征在于中間層是利用掩膜方法制備的柱狀N型硅氧中間層。
掩膜模板空洞的面積與兩空洞間遮擋面積比為1:3到1:4。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,此比例最有效的增加頂電池的光電流同時(shí),電流能快速的傳導(dǎo),降低串聯(lián)電阻損耗。
上述電池結(jié)構(gòu)中,所述N型硅氧薄膜的厚度大概在80nm到100nm之間;非晶頂硅電池的厚度為150nm~300nm,微晶硅底電池厚度為1.5μm~2μm。
本實(shí)用新型的中間層采用掩膜的方法,所制備的薄膜由若干小柱狀組成。不僅可以有增反效果,且柱狀之間由于掩模的遮擋,未沉積硅氧,而是沉積微晶硅薄膜,產(chǎn)生的電流可以直接從頂電池N層傳導(dǎo)到柱狀間沉積的微晶硅P層,解決了硅氧薄膜由于需要低折射率而重?fù)诫s導(dǎo)致薄膜電導(dǎo)率低下的問題,能夠有效的提高電池電流的傳導(dǎo)能力,降低串聯(lián)電阻損耗。
普通硅氧薄膜制備的疊層電池Jsc=9.9mA/cm-2,Voc=1.20V,FF=70.6%,η=9.8%;而采用掩膜制備的疊層電池Jsc=10.7mA/cm-2,Voc=1.25V,FF=72.6%,η=10.3%。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,采用掩膜沉積的柱狀硅氧薄膜能夠有效的提高電池電流的傳導(dǎo)能力,降低串聯(lián)電阻損耗,從而提高電池的性能。
附圖說明:
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記:1、襯底,2、透明導(dǎo)電層,3、非晶硅電池P層,4、非晶硅電池i層,5、非晶硅電池N層,6、硅氧中間層,7、微晶硅P層,8,微晶硅i層,9、微晶硅N層,10、背電極。
具體實(shí)施方式:
以下結(jié)合附圖,通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖所示,一種采用新型中間層的疊層薄膜太陽能電池,由襯底1、透明導(dǎo)電層2、非晶硅頂電池、硅氧中間層6、微晶硅底電池、背電極10。
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H01L 半導(dǎo)體器件;其他類目中不包括的電固體器件
H01L31-00 對(duì)紅外輻射、光、較短波長的電磁輻射,或微粒輻射敏感的,并且專門適用于把這樣的輻射能轉(zhuǎn)換為電能的,或者專門適用于通過這樣的輻射進(jìn)行電能控制的半導(dǎo)體器件;專門適用于制造或處理這些半導(dǎo)體器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半導(dǎo)體本體為特征的
H01L31-04 .用作轉(zhuǎn)換器件的
H01L31-08 .其中的輻射控制通過該器件的電流的,例如光敏電阻器
H01L31-12 .與如在一個(gè)共用襯底內(nèi)或其上形成的,一個(gè)或多個(gè)電光源,如場(chǎng)致發(fā)光光源在結(jié)構(gòu)上相連的,并與其電光源在電氣上或光學(xué)上相耦合的





