[發明專利]寬光譜吸收的薄膜太陽能電池及光伏發電裝置

有效

• 申請號: 202010062397.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN110875399B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 楊月;朱永剛;李紅恩;胡一知
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/0224;H02S40/36
• 代理公司: 珠海市君佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44644
• 代理人: 段建軍

本發明涉及一種寬光譜吸收的薄膜太陽能電池及光伏發電裝置；該薄膜太陽能電池包括前電極層、光吸收層、背電極層以及基底層，其中，前電極層遠離光吸收層的表面分散分布有非金屬材質的微納米球，該微納米球的半徑為15nm?150nm；背電極層的內部分散分布有金屬材質的微納米半球，該微納米半球的半徑為25nm?250nm，且該微納米半球與光吸收層之間的間距為10nm?100nm。該光伏發電裝置包括太陽能電池組件、控制器、蓄電池組和直流?交流逆變器，太陽能電池組件包括多個電連接的薄膜太陽能電池。本發明采用復合陷光結構，同時實現短波段和長波段的吸收增強，可使薄膜太陽能電池及光伏發電裝置的光電轉換效率顯著提高。

技術領域

本發明涉及一種光伏發電裝置，特別是其中的薄膜太陽能電池。

背景技術

光伏發電裝置利用太陽能電池的光生伏打效應將吸收的光能轉換為電能，是最具開發潛力的新能源之一。太陽能電池的光線吸收效率是影響光伏發電裝置性能的重要因素，傳統太陽能電池的吸收材料大多為晶硅，但其對硅的純度要求極高、加工工藝復雜致使其使用成本較高，而且晶硅的吸收系數相對較低，所以目前商用晶硅太陽能電池的厚度一般在300μm左右，厚度較大造成材料的大量消耗，也是晶硅太陽能電池應用受限的一個主要因素。

薄膜太陽能電池相比傳統太陽能電池具有顯著降低的厚度，大大節省了材料的使用。由于厚度的急劇減少，所以薄膜太陽能電池需要選用吸收系數更高的材料。在薄膜太陽能電池中設置微納米尺度的陷光結構是提高吸收系數的有效措施之一，現有研究中微納米陷光結構的位置大致分為三類：（1）放置在太陽能電池的上表面，其調控光譜的機理是增加散射效應使更多的光進入到吸收層；（2）放置在光吸收層（即半導體材料）中間，這種結構調控光譜的機理是近場效應可以增加電子-空穴對的產生；（3）放置在太陽能電池的背部，因為光的吸收隨著波長的增加所需的厚度也逐漸增加，但超薄太陽能電池的厚度達不到所需的吸收光程，所以背部結構通過增加反射的機理來提高長波段的反射而調控光譜。然而，單一陷光結構往往只對某些波段的吸收效率提升有效果，對其他波段的吸收無增強作用，甚至會有負面作用。

作為采用單一陷光結構的現有技術示例，《銀納米顆粒等離子體在非晶硅薄膜太陽能電池上的應用》（范國鵬，陜西師范大學碩士學位論文，2016年）公開了將銀納米顆粒應用在非晶硅薄膜太陽能電池的背電極上，增強非晶硅薄膜太陽能電池的效率。其中，將銀納米薄膜在氮氣氛圍中進行退火制備銀納米顆粒，通過調節退火溫度而改變銀納米顆粒的大小和形貌（橢圓形/棒狀/球狀），并研究退火溫度對光吸收率和電池效率的影響，但僅實現了長波段范圍內的吸收增強。

中國專利文獻CN103094368A披露了一種太陽能電池（非薄膜太陽能電池），其包括基底以及順序層疊在基底上的反射電極層、光吸收層和透明電極層，該反射電極層內具有與光吸收層分隔開的金屬納米顆粒，且除基底之外的各個層均具有粗糙表面；反射電極層內的金屬納米顆粒增強了太陽能電池在長波段的吸收，且太陽能電池呈現了極高的光吸收效率，但這里光吸收效率的提高主要歸因于其中各個層特別是透明電極層的表面粗糙結構，而層表面粗糙結構的形成意味著該層厚度的明顯增加，故這種結構難以在對厚度有嚴格要求的薄膜太陽能電池中應用。