[實用新型]一種采用新型中間層的疊層太陽能電池

有效

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• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN202996852U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 張銘;沈華龍;王濤;嚴輝;潘清濤;賈海軍
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/076
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本實用新型涉及薄膜疊層太陽能電池中間層技術領域。具體涉及非晶硅疊層電池中間層的制備方法。

背景技術

眾所周知，隨著全球能源危機日益加劇，開發(fā)和發(fā)展利用新能源技術已經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注。其中，光伏發(fā)電是大規(guī)模、經濟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，現有的任何一種半導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載，變成有效的電能。為了提高對太陽能的利用率，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太陽光的吸收利用，從而提高電池性能與效率。對于疊層太陽能電池，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競爭能力。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，非晶硅電池厚度需盡量減小，從而導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率。

1996年，瑞士Neuchatel大學IMT小組的D.?Fischer等人首次將ZnO作為中間層應用于非晶硅/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，并且其光學性質可調，因此，n-SiOx：H薄膜作為中間層在工業(yè)生產上得到了應用。

發(fā)明內容：

本實用新型是為了克服傳統N型硅氧薄膜中間層由于低折射率的要求而重摻，導致薄膜電導率低的問題。本實用新型可有效提高電池的電流傳導能力，降低串聯電阻損耗。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。通過實驗結果證明，此比例最有效的增加頂電池的光電流同時，電流能快速的傳導，降低串聯電阻損耗。

上述電池結構中，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，產生的電流可以直接從頂電池N層傳導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摻雜導致薄膜電導率低下的問題，能夠有效的提高電池電流的傳導能力，降低串聯電阻損耗。

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%。通過實驗結果對比，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能力，降低串聯電阻損耗，從而提高電池的性能。

附圖說明：

圖1為本實用新型的結構示意圖。

附圖標記：1、襯底，2、透明導電層，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。

具體實施方式：

以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步說明。

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。