[實(shí)用新型]一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的陷光結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420148549.0
• 申請(qǐng)日: 2014-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN203774348U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林清耿;王洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 惠州市易暉太陽(yáng)能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/054
• 分類號(hào): H01L31/054;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 韓淑英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光伏技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種適合于提高銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池效率的陷光結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

低碳環(huán)保是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，尤其是近期“霧霾”成為了網(wǎng)上出現(xiàn)頻率最高的詞語(yǔ)，在2月12日的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議上，李克強(qiáng)總理直接開門見山的說：“要打一場(chǎng)治理霧霾的攻堅(jiān)戰(zhàn)和持久戰(zhàn)。”這個(gè)僅僅是一個(gè)側(cè)面寫照，種種方面直接反映出人類需要發(fā)展新能源來替代現(xiàn)有的化石能源。從目前的能源分布來看，在可預(yù)見的未來，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將會(huì)在新能源領(lǐng)域中占據(jù)非常重要的一席之地。目前光伏市場(chǎng)產(chǎn)品中主要分為晶體硅太陽(yáng)能電池和薄膜太陽(yáng)能電池，其中晶體硅太陽(yáng)能電池占據(jù)著將近85%的市場(chǎng)份額，盡管硅元素在地殼中的含量很好，但是從目前市場(chǎng)反饋的硅提純技術(shù)來看需要耗費(fèi)大量的能源來提純，甚至帶來環(huán)境的污染，從這個(gè)角度來看，晶體硅太陽(yáng)能電池的“綠色環(huán)保”也是需要打個(gè)折扣的。而薄膜太陽(yáng)能電池主要是包含硅基薄膜太陽(yáng)能電池、碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池三類，其中銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池是20世紀(jì)80年代后半期由銅銦錫(CIS)發(fā)展而來，將鎵(Ga)取代銅銦錫(CIS)中的部分銦(In)，形成銅銦鎵硒(以下簡(jiǎn)稱CIGS)四元化合物。

在薄膜太陽(yáng)能電池市場(chǎng)中，CIGS作為吸收層的薄膜太陽(yáng)能電池是最有發(fā)展前途的一種，CIGS是直接帶隙的半導(dǎo)體材料，具體優(yōu)異的太陽(yáng)能光譜響應(yīng)特性，吸收系數(shù)可達(dá)10^-5cm^-1，理論光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%。在實(shí)驗(yàn)室研究階段，?2008年3月，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)采用共蒸發(fā)CIGS的工藝在0.5-1cm²單元面積上獲得了高達(dá)19.9%的光電轉(zhuǎn)換效率；2010年8月，德國(guó)太陽(yáng)能和氫能研究中心(ZSW)研究的CIGS太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)20.3%，基本接近現(xiàn)有獲得的多晶硅太陽(yáng)能電池的最高效率。

在產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)方面，2008年9月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所在面積為10cm?x10cm的CIGS太陽(yáng)能電池小型模組上取得了15.9%的光電轉(zhuǎn)換效率；2010年12月，CIGS薄膜太陽(yáng)能電池組件制造商Miasolé研發(fā)的大面積組件(面積達(dá)1m²)的效率達(dá)到15.7%，已經(jīng)證實(shí)為目前商業(yè)化薄膜組件中的最高效率。

在結(jié)構(gòu)上，CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的典型結(jié)構(gòu)為多層膜結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)包括基片襯底、鉬(Mo)導(dǎo)電層、CIGS(或是CZTS或是CIS)吸收層、CdS過渡層、i-ZnO異質(zhì)結(jié)n型層、AZO窗口層、MgF2反射層和Ni-Al電極層，其中吸收層CIGS是CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的核心。

目前CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域最主要體現(xiàn)在以下兩方面：

1.在提高光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，降低電池/組件成本，該領(lǐng)域技術(shù)目前主要是掌握在德國(guó)、日本和美國(guó)等幾個(gè)國(guó)家對(duì)應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。由于In、Ga材料非常昂貴，而且每年開采量及其儲(chǔ)量均有限，目前世界年開采量為300噸/年，尤其是隨著2011年以來液晶顯示屏行業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致In的價(jià)格急劇攀升。為了降低CIGS電池的成本，歐美日相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始了超薄電池的研究開發(fā)，減小吸收層CIGS的厚度。美國(guó)NREL研究過不同CIGS吸收層厚度時(shí)對(duì)應(yīng)的電池光電轉(zhuǎn)換效率，在1umCIGS吸收層的基礎(chǔ)上制備的小面積電池效率最高為17.16%，而在吸收層為0.75um，電池的效率降低為12.5%；美國(guó)EPV取得CIGS吸收層厚度僅為0.47um時(shí)，電池的光電轉(zhuǎn)換效率為9.9%；日本Shell?Solar研究的CIGS吸收層厚度為1um時(shí)，電池效率為12.8%；

2.鑒于CIGS薄膜太陽(yáng)能電池是目前所有薄膜太陽(yáng)能電池中效率最高的，而薄膜太陽(yáng)能電池本身具備的在建筑一體化和終端消費(fèi)品市場(chǎng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，因此采用柔性材料替代硬質(zhì)鈉鈣玻璃也是目前CIGS領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。其中，柔性基底主要包含耐高溫的聚酰亞胺(PI)材料、不銹鋼襯底、鈦、鉬、銅等金屬襯底。采用柔性基底可與目前市場(chǎng)上Roll-to-Roll?技術(shù)相結(jié)合，美國(guó)NREL采用共蒸發(fā)法，在不銹鋼柔性襯底上制備出了小面積CIGS電池的效率為17.5%；2011年5月瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在聚酰亞胺PI襯底上制備出了轉(zhuǎn)換效率為18.7%的CIGS電池。

從目前的技術(shù)研究開發(fā)進(jìn)展和現(xiàn)狀來看，關(guān)于CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的技術(shù)研發(fā)至少還存在如下缺點(diǎn)：