[發(fā)明專利]具有量子阱結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510076531.3
• 申請(qǐng)日: 2015-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN104821344A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李廷凱;李晴風(fēng);鐘真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/0749
• 分類號(hào): H01L31/0749;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);劉佳芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池和具有量子阱結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池及其制造方法，特別是具有量子阱結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

自從法國科學(xué)家AE.Becquerel在1839年發(fā)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象以后，1883年第一個(gè)以半導(dǎo)體硒為基片的太陽能電池誕生。1946年Russell獲得了第一個(gè)太陽能電池的專利(US.2,402,662)，其光電轉(zhuǎn)換效率僅為1％。直到1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究才發(fā)現(xiàn)了摻雜的硅基材料具有高的光電轉(zhuǎn)換效率。這個(gè)研究為現(xiàn)代太陽能電池工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。在1958年，美國Haffman電力公司為美國的衛(wèi)星裝上了第一塊太陽能電池板，其光電轉(zhuǎn)換效率約為6％。從此，單晶硅及多晶硅基片的太陽能電池研究和生產(chǎn)有了快速的發(fā)展，2006年太陽能電池的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2000兆瓦，單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.7％，商業(yè)產(chǎn)品達(dá)到22.7％，多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.3％，商業(yè)產(chǎn)品達(dá)到15.3％。

另一方面，1970年蘇聯(lián)的Zhores?Alferov研制了第一個(gè)GaAs基的高效率Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池。由于制備Ⅲ-Ⅴ族薄膜材料的關(guān)鍵技術(shù)MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)直到1980年左右才被成功研發(fā)，美國的應(yīng)用太陽能電池公司在1988年成功地應(yīng)用該技術(shù)制備出光電轉(zhuǎn)?換效率為17％的GaAs基的Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池。其后，以GaAs為基片的Ⅲ-Ⅴ族材料的摻雜技術(shù)，多級(jí)串聯(lián)太陽能電池的制備技術(shù)得到了廣泛的研究和發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率在1993年達(dá)到19％，2000年達(dá)到24％，2002年達(dá)到26％，2005年達(dá)到28％，2007年達(dá)到30％。2007年，美國兩大Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池公司Emcore和SpectroLab生產(chǎn)了高效率Ⅲ-Ⅴ族太陽能商業(yè)產(chǎn)品，其光電轉(zhuǎn)換率達(dá)38％，這兩家公司占有全球Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池市場(chǎng)的95％，最近美國國家能源研究所宣布，他們成功地研發(fā)了其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)50％的多級(jí)串聯(lián)的Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池。由于這類太陽能電池的基片昂貴，設(shè)備及工藝成本高，主要應(yīng)用于航空、航天、國防和軍工等領(lǐng)域。

國外的太陽能電池研究和生產(chǎn)，大致可以分為三個(gè)階段，即有三代太陽能電池。

第一代太陽能電池，基本上是以單晶硅和多晶硅基單一組元的太陽能電池為代表。僅注重于提高光電轉(zhuǎn)換效率和大規(guī)模生產(chǎn)，存在著高的能耗、勞動(dòng)密集、對(duì)環(huán)境不友善和高成本等問題，其產(chǎn)生電的價(jià)格約為煤電的2～3倍；直至2014年，第一代太陽能電池的產(chǎn)量仍占全球太陽能電池總量的80-90％。

第二代太陽能電池為薄膜太陽能電池，是近幾年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它注重于降低生產(chǎn)過程中的能耗和工藝成本，專家們稱其為綠色光伏產(chǎn)業(yè)。與單晶硅和多晶硅太陽能電池相比，其薄膜高純硅的用量為其的1％，同時(shí)，低溫(大約200℃左右)等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積沉積技術(shù)，電鍍技術(shù)，印刷技術(shù)被廣泛地研究并應(yīng)用于薄膜太?陽能電池的生產(chǎn)。由于采用低成本的玻璃、不銹鋼薄片，高分子基片作為基板材料和低溫工藝，大大降低了生產(chǎn)成本，并有利于大規(guī)模的生產(chǎn)。目前已成功研發(fā)的薄膜太陽能電池的材料為：CdTe，其光電轉(zhuǎn)換效率為16.5％，而商業(yè)產(chǎn)品約為12％左右；CulnGaSe(CIGS)，其光電轉(zhuǎn)換效率為19.5％，商業(yè)產(chǎn)品為12％左右；非晶硅及微晶硅，其光電轉(zhuǎn)換效率為8.3～15％，商業(yè)產(chǎn)品為7～12％，近年來，由于液晶電視的薄膜晶體管的研發(fā)，非晶硅和微晶硅薄膜技術(shù)有了長足的發(fā)展，并已應(yīng)用于硅基薄膜太陽能電池。圍繞薄膜太陽能電池研究的熱點(diǎn)是，開發(fā)高效、低成本、長壽命的光伏太陽能電池。它們應(yīng)具有如下特征：低成本、高效率、長壽命、材料來源豐富、無毒，科學(xué)家們比較看好非晶硅薄膜太陽能電池。目前占最大份額的薄膜太陽能電池是非晶硅太陽能電池，通常為pin結(jié)構(gòu)電池，窗口層為摻硼的P型非晶硅，接著沉積一層未摻雜的i層，再沉積一層摻磷的N型非晶硅，并鍍電極。專家們預(yù)計(jì)，由于薄膜太陽能電池具有低的成本，高的效率，大規(guī)模生產(chǎn)的能力，在未來的10～15年，薄膜太陽能電池將成為全球太陽能電池的主流產(chǎn)品。