專利名稱：薄膜太陽能電池的背反射層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏器件領域，特別涉及到薄膜太陽能電池的光學設計。
技術背景近年來，光伏電池和大面積光伏模塊的發(fā)展引起了世人的廣泛關注。尤其是氫化非晶硅 和納米晶硅，它們隨著光伏器件在商業(yè)和住宅設施中的廣泛應用，顯示出巨大的潛力。在 260°C以下這樣較低的溫度下生產(chǎn)薄膜硅光伏器件的一個顯著特點是，大面積沉積的與硅相 關的半導體膜層和電接觸膜層具有優(yōu)良性能。同時，使用良好成熟的鍍膜設備和程序，可以 工業(yè)化地制成低成本的模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光劃線成型工藝(laser patterning)允許多個太陽能電池元件在薄膜沉積過程中直接形成集成式的大面積光伏模塊， 減少了加工步驟也改善了產(chǎn)品的可靠性。對于光伏器件，特別是薄膜光伏器件來講，使其性能優(yōu)良的關鍵是優(yōu)化半導體光電轉換 層對光能的吸收，并同時減少器件中的光損耗。在很薄的吸收層里能夠最大限度的吸收光能， 是高轉換效率的必備條件。包括氫化非晶硅和納米晶硅的氫化薄膜硅所構成的太陽能電池通 常具有p-i-n結構，其中p層和n層是不活躍的"死層"，它們在非摻雜的i層(吸收層)中 建立一個內(nèi)置電場，從而使得光致載流子被有效的收集。其吸收層的厚度一般只有幾百個微 米，最多不超過大約2000微米。而且氫化硅薄膜的紅光和紅外光的吸收系數(shù)都比較低，所以 有很大部分的陽光不能被有效的利用起來。通?；跉浠璞∧さ膒-i-n結構被夾在前后兩個 電極(電接觸層)中，而形成完整的光伏元件。通常使用的前電極必須具有良好的透明度和 導電性，它通常是由透明導電氧化物(TCO)構成，譬如厚度為600-900納米的被摻雜的氧 化錫或氧化鋅薄膜。后電極通常由一個TCO和不透光的金屬薄膜共同組成，其一個重要作用 就是將未被吸收的光反射回p-i-n結構之中。己經(jīng)嘗試過各種各樣的辦法來改善對光的吸收， 其中包括使用粗糙的透明前電極，以增強光的散射。另外，也使用過反光率較高的背電極， 使得未被吸收的光再一次被投回到電池中。對于非晶硅電池來講吸收層i層也不能做得很厚， 原因是該材料具有光質(zhì)衰減的缺陷。所以卓越的光學設計對于像氫化硅這樣的薄膜太陽能電 池的轉換效率起有決定性作用。當前生產(chǎn)包含非晶硅，非晶硅鍺合金和納米晶硅的基于薄膜硅的光伏模塊時，ZnO/Al(氧 化鋅/鋁)是人們選擇的標準材料。 一個常見的p-i-n型光伏器件的層狀結構包括玻璃基板；透明導電的前電極；基于薄膜的p-i-n結構，分別包括p層、i層和n層；透明導電氧化物(氧 化鋅)和金屬薄膜(銀或者鋁)。實驗室中制作的高效率氫化硅薄膜太陽能電池是以氧化鋅和 銀(ZnO/Ag)作為背電極。然而，這種ZnO/Ag的配合會產(chǎn)生明顯的分流(shunt)，分流又會 致使能量轉化率低，這個問題在大面積光伏模塊的生產(chǎn)中尤其明顯。隨著時間的推移，銀會 失去本身的光澤，ZnO/Ag制成的背電極的反光能力就會降低。銀自身的擴散能力很強，隨著 銀滲透到硅層中，會逐漸產(chǎn)生分流，這影響了光伏模塊的使用壽命。而且，限制銀的用量有 助于降低光伏模塊的生產(chǎn)成本。相比之下，ZnO/Al制作的薄膜光伏模塊更長壽、更可靠，因為鋁不易導致分流現(xiàn)象，這 對于大面積模板的生產(chǎn)非常有利。但是和ZnO/Ag相比，鋁的光反射能力差很多，所以限制 了光電轉換效率。因為光伏模塊的成本很大程度上取決于它的能量轉化效率(輸出功率)，所 以欠佳的背反射器嚴重限制了這種器件的商業(yè)吸引力。所以，很有必要尋求一種反射性接近或超過ZnO/Ag，而穩(wěn)定性又不亞于ZnO/Al的高反 射背電極。發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請人擬訂了本發(fā)明的首要目的提高基于氫化硅的薄膜太陽能光伏器 件的轉換效率。本發(fā)明的另一個目的是，改善薄膜太陽能電池的背電極光學特性，特別是對長波光的響應。為了達到上述目的，本發(fā)明描述了一種可以使薄膜太陽能電池的背電極反光性大大增強 的辦法。
一種適用于氫化硅薄膜太陽能電池的背反射層是用于光學鏡面的反光涂層材料，譬如BaS04，它們具有極高的從紫外光到紅外光的反射率(通常超過98%)，而且非常穩(wěn)定，這 對于長期在戶外使用的光伏器件是一個很重要的考慮。為了將這種高反射超亮背反射層結合 到薄膜光伏器件中，傳統(tǒng)的均勻覆蓋在電池背面的金屬膜(譬如銀或鋁)必須被選擇性的排 除掉，或完全被透明導電材料取代。我們這里討論的是第一種做法，也就是將全面覆蓋的金 屬膜改換成覆蓋率不超過3(m金屬網(wǎng)膜。因此第二TCO的大部分表面不被背電極金屬所覆蓋。 將反射涂料施加在背電極的TCO薄膜上，而這個反光性很好的涂料取代了通常電池中所使用 的大部分的金屬薄膜。所以在這種太陽能電池背面施加的背反射層可以將大部分穿過第二 TCO的未被吸收的長波光反射回光電轉換區(qū)域。這種反射過程的效率要明顯高于銀背電極的 反射性，因為金屬薄膜的反射不可避免的導致光吸收損耗。附圖
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一歩說明。 附圖顯示了一個依據(jù)本發(fā)明構成的薄膜太陽能電池的層狀結構。
具體實施方式
如附圖所示， 一個p-i-n型光伏器件，它的結構沿光的入射方向依次包括 一個玻璃基板 1; 一個透明前電極2，包括譬如是氧化錫的透明導電氧化物(TCO); —個或多個山基于氫化硅薄膜構成的p-i-n型光伏單元8(多個p-i-n型光伏單元疊加而成的器件被稱做多結太陽能 電池)； 一個第二TCO膜層22; —個格珊狀的金屬網(wǎng)膜75，包括銀和鋁； 一個超白反射涂層 84。格珊狀的金屬網(wǎng)膜75可以用數(shù)種方法獲得，包括使用掩蔽膜進行的磁控濺射，絲網(wǎng)印刷 和噴墨打印。還有一種辦法就是均勻鍍完金屬膜后用蝕刻的方法，將金屬膜選擇性的從第二 TCO表面排除。金屬網(wǎng)膜75的網(wǎng)孔不能太大，以保證第二TCO薄膜的任何一點的電流都可 以不受阻礙的被金屬網(wǎng)膜75所收集。在此之后一個超白反射涂層84被施加在光伏器件的背 面，它與第二TC022的所有暴露表面27形成緊密的連接，在界面27的光反射率超過95%， 它遠遠高于任何金屬膜的反射率。本發(fā)明采用的高度反射背電極結合了 TCO/金屬背電極的良好導電性和TCO/反射涂層的 高度光反射性，從而達到了一個極佳的導電、反射綜合效果。
權利要求
1. 一個p-i-n型光伏器件，它的結構沿光的入射方向依次包括一個玻璃基板；一個透明前電極，包括譬如是氧化錫的透明導電氧化物(TCO)；一個或多個由基于氫化硅薄膜構成的p-i-n型光伏單元；一個第二TCO膜層；一個格珊狀的金屬網(wǎng)膜，包括銀和鋁；一個超白反射涂層。其特征在于超白反射涂層與第二TCO膜層的接觸面積遠遠大于金屬網(wǎng)膜與第二TCO膜層的接觸面積。超白反射涂層對波長不超過1200納米的光的反射率不小于98％，且該反射涂層是一個穩(wěn)定的絕緣體。
2、 根據(jù)權利要求l所述的p-i-n型光伏器件，其特征在于所述格珊狀的金屬網(wǎng)膜對第 二 TCO膜層的覆蓋率不超過25%。
3、 根據(jù)權利要求1所述的p-i-n型光伏器件，其特征在于所述的超白反射涂層由譬如 BaS04的制作超亮光學反射鏡面的材料構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜太陽能電池的背反射層。薄膜太陽能電池的背電極由一個透明導電氧化物(TCO)薄膜和一個格柵狀的金屬網(wǎng)膜構成，其后涂上具有高度光反射性的超白漆，使得大部分長波光在TCO與超白漆的界面被反射回太陽能電池的半導體吸收層。從而增強光捕獲能力和光電轉換效率。
文檔編號H01L31/075GK101246914SQ20071000496
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權日2007年2月14日
發(fā)明者李沅民, 昕 馬 申請人:北京行者多媒體科技有限公司