[發明專利]一種基于低價晶硅片的疊層太陽能光伏電池

在審

• 申請號: 201611173877.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106784110A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王珺;郭群超;朱紅英;丁云飛;朱晨烜
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/076
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 俞晨波

技術領域

本發明涉及新型太陽能光伏電池結構領域，具體地說，特別涉及到一種基于PN單結晶硅-PIN薄膜結構的疊層太陽能光伏電池。

背景技術

目前現有的疊層電池技術多為基于薄膜材料的疊層電池，研究主要其中在多元化合物疊層電池、非晶硅疊層電池和染料敏化疊層電池等。

化合物疊層電池中主要薄膜材料為III-V族，II-IV族及CIGS材料。III-V族化合物疊層電池主要應用禁帶寬度為1.42eV的GaAs構成AlGaAs/GaAs,GaInP2/GaAs等雙結型疊層電池，最高轉化效率為25.7％。最廣泛的為非晶硅/微晶硅薄膜疊層電池。II-IV族化合物疊層電池主要應用為禁帶寬度為1.46eV的CdT構成CdS/CdTe疊層電池。CIGS電池中的CGS/CIS疊層電池效率可達33.9％。非晶硅疊層電池中常見的為a-Si/ploy-Si，a-Si/μc-Si和a-Si/nc-Si疊層電池，其中a-Si/nc-Si疊層電池最高效率為12.7％。染料敏化疊層電池成本低廉，但轉化效率過低，目前處于研究狀態。

疊層太陽能光伏電池的難點在于找到兩種帶寬的半導體材料，能有效吸收利用陽光中的長短波光，并且這兩種半導體材料能夠進行良好的晶格匹配，厚度匹配。材料厚度的匹配是出于對串聯的上下單體電池輸出電流匹配的考慮。因此在基于薄膜的疊層電池中，需要高精度的控制薄膜沉積厚度，對薄膜沉積設備要求高，不適合大規模生產。例如目前研究廣泛的非晶硅疊層電池，對非晶硅材料的純度要求較高，價格貴，無法在工業中推廣。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種基于低價晶硅片的疊層太陽能光伏電池，能夠適合大規模工業生產，并在保持高轉化效率的前提下，將低純度廉價材料作為電池生產材料，大幅降低材料成本，從而降低整個電池成本。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種基于低價晶硅片的疊層太陽能光伏電池，包括位于下層的PN單結晶硅電池、以及位于上層的PIN非晶硅薄膜電池，所述PN單結晶硅電池和PIN非晶硅薄膜電池通過外延技術沉積的晶硅層。

進一步的，所述下層的PN單結晶硅電池的晶體硅材料的帶寬為1.2eV，其用于吸收600-1100nm的長波光，上層的PIN薄膜電池的非晶體硅材料的帶寬為1.7eV，其用于吸收380-600nm的短波光。

進一步的，所述PN單結晶硅電池采用低純度的薄硅片。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1、將低價硅材料應用于疊層電池中，降低了電池的材料成本。

2、為了保證低價材料的性能不衰退，本發明避開了傳統高溫熱擴散法形成PN結的方法，而是采用了相對低溫的外延生長的方法，形成疊層電池中的隧道結和下層電池的PN結，降低的生產成本。

3、本發明疊層電池使用低價材料制作高效電池，通過AMPS軟件仿真，可知，當下層電池只有50微米厚度時，電池效率可達21.5％。

附圖說明

圖1為本發明所述的疊層太陽能光伏電池的結構示意圖。

圖2為本發明所述的疊層太陽能光伏電池的吸收示意圖。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

參見圖1和圖2，本發明所述的一種基于低價晶硅片的疊層太陽能光伏電池，其下層電池為基于低純度N型硅片的PN單結晶硅電池，上層電池為基于普通純度的薄膜硅材料的PIN非晶硅薄膜電池，上下層電池通過外延生長的晶硅隧穿結串聯在一起。疊層電池結構示意圖如圖1。

本發明疊層電池中上層電池的非晶硅材料帶寬為1.7eV，下層電池的晶體硅材料帶寬為1.2eV。上層電池將主要吸收600nm之前短波光，下層電池主要系數600-1100nm中長波的光，如圖2所示。由于下層電池為低純度硅片，該硅片中光生少子壽命相對較短，為了克服這一缺點，可采用薄硅片替代厚硅片應用于電池。

本發明的疊層電池中串聯上下電池的隧道結為外延生長的晶硅層，減少了由于薄膜材料之間的晶格不匹配而引入的缺陷。同時，下層電池材料為低純度硅片，若利用傳統高溫熱擴散的方法形成PN結，勢必會使晶硅片的少子壽命嚴重下降，因此本發明采用外延生長的方法在N型硅片表面生長PN結，外延生長的相對較低的溫度不會是晶硅片的質量嚴重下降。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。