[發(fā)明專(zhuān)利]一種半疊層柔性硅基薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810573107.3
• 申請(qǐng)日: 2018-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108550644B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉坤;黃愛(ài)青;孫飛;胡強(qiáng);臧浩天
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/048
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/048;H01L31/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種半疊層柔性硅基薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，屬于硅基薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。該半疊層柔性硅基薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)包括依次連接的前電極、吸收體和背電極；其中，吸收體為PI₁N₁I₂N₂結(jié)構(gòu)的半疊層吸收體，P為P型非晶硅層，I₁為本征非晶硅層，N₁為N₁型非晶硅層，I₂為本征微晶硅層，N₂為N₂型非晶硅層；其制備方法為，處理襯底層，根據(jù)結(jié)構(gòu)，采用射頻磁控濺射法依次沉積各層。該半疊層柔性硅基薄膜太陽(yáng)能電池采用半疊層PI₁N₁I₂N₂結(jié)構(gòu)，有效避免傳統(tǒng)疊層電池中隧穿結(jié)的重?fù)诫s問(wèn)題。在減薄疊層電池厚度的基礎(chǔ)上，半疊層結(jié)構(gòu)可以提高電池的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度、短路電流和轉(zhuǎn)化效率。采用的磁控濺射方法，沉積過(guò)程高效、清潔、易于控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是設(shè)計(jì)一種半疊層柔性硅基薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和能源的日益枯竭，能源已經(jīng)成為影響社會(huì)進(jìn)步的重要因素。太陽(yáng)電池是太陽(yáng)能利用的主要工具，因此開(kāi)發(fā)低成本、高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池已經(jīng)成為光伏界面臨的首要問(wèn)題。柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)電池具有制造簡(jiǎn)單、成本低、可彎曲、光電性能好、連續(xù)大面積生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是其存在光致衰退效應(yīng)。針對(duì)傳統(tǒng)的單結(jié)PIN非晶硅薄膜太陽(yáng)電池和PINPIN的a-Si:H/μc-Si:H疊層太陽(yáng)電池中非晶硅的光致衰退效應(yīng)及疊層PINPIN電池中隧穿結(jié)的重?fù)诫s問(wèn)題，提出設(shè)計(jì)一種半疊層PININ結(jié)構(gòu)的新型硅基薄膜太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)。

太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的最佳光吸收設(shè)計(jì)需要最大化本征層的吸收而最小化其他層的吸收，而這樣的設(shè)計(jì)方式就需要有充分的陷光結(jié)構(gòu)。陷光結(jié)構(gòu)的作用是增加入射界面對(duì)光的散射作用以使得更多的光射入到電池中，同時(shí)作為抗反射結(jié)構(gòu)的背電極能將部分未被吸收的光反射回電池內(nèi)部形成光陷阱來(lái)增加電池的轉(zhuǎn)換效率。

非晶硅太陽(yáng)能電池中，載流子在本征層內(nèi)的擴(kuò)散長(zhǎng)度較短，導(dǎo)致載流子在未達(dá)到電池兩極被收集之前就被復(fù)合掉。除此之外，傳統(tǒng)單結(jié)PIN型非晶硅薄膜電池存在較嚴(yán)重的光致衰退效應(yīng)，且非晶硅對(duì)太陽(yáng)光譜中長(zhǎng)波段的吸收不敏感，只能吸收波長(zhǎng)為380nm-700nm左右的太陽(yáng)光。因此要設(shè)計(jì)一種漸變帶隙的硅基薄膜電池以保證對(duì)太陽(yáng)光譜的充分利用。

傳統(tǒng)的疊層PINPIN電池中，由于存在與p-n結(jié)相反的n-p結(jié)，即多結(jié)電池內(nèi)部是通過(guò)相鄰兩個(gè)二極管的n型層和p型層，形成隧穿結(jié)相互連接在一起的，這樣的p-n結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向和二極管內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)方向總是相反的，在工作狀態(tài)下它總是處于反向偏置，但實(shí)際上它并沒(méi)有形成空間電荷區(qū)，而是形成了短路結(jié)，若想p-n結(jié)的導(dǎo)電性良好而不至于產(chǎn)生明顯電阻，就要使得疊層電池的n-p結(jié)實(shí)現(xiàn)重?fù)诫s。理論上講，在高濃度摻雜時(shí)，非晶硅中會(huì)產(chǎn)生大量的懸掛鍵，從摻雜層一側(cè)過(guò)來(lái)的載流子很容易被這些缺陷態(tài)捕獲，被捕獲的載流子通過(guò)遂穿過(guò)程也很容易到達(dá)摻雜層的另一側(cè)，n型區(qū)導(dǎo)帶的電子很快就會(huì)在界面上和p型區(qū)價(jià)帶的空穴復(fù)合，這個(gè)復(fù)合電流使得p-n結(jié)變得到導(dǎo)電性好而不會(huì)產(chǎn)生明顯電阻。而在硅靶材中重?fù)诫s的實(shí)現(xiàn)一直是制約疊層電池發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

中國(guó)專(zhuān)利CN201210529409.3公開(kāi)了一種p-i-n型薄膜太陽(yáng)能電池，采用基板-電極層-p-i-n層-應(yīng)力層-抗反射層-電極層結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是第二摻雜類(lèi)型非晶硅層表面形成應(yīng)力層可以提高所述n型層內(nèi)電子的遷移率，降低光生電子在n型層向第二電極層漂移的過(guò)程中被復(fù)合的幾率，提高到達(dá)第二電極層處的電子數(shù)量。該太陽(yáng)能電池采用的為p-i-n型，其存在較嚴(yán)重的光致衰退效應(yīng)。