[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
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

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J_sc=9.9mA/cm^-2,V_oc=1.20V,FF=70.6%,η=9.8%；而采用掩膜制備的疊層電池J_sc=10.7mA/cm^-2,V_oc=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。