專利名稱：一種疊層復(fù)合型太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用疊層結(jié)構(gòu)提高太陽能光電轉(zhuǎn)換效 率的太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能是理想的新能源，它具有取之不盡用之不竭的優(yōu)點，同時也是清潔能源，不 產(chǎn)生任何的環(huán)境污染.在太陽能的有效利用當(dāng)中，大陽能光電轉(zhuǎn)換是近些年來發(fā)展最快、 最具活力的研究領(lǐng)域。目前，太陽能電池主要分為晶體硅太陽能電池、無機薄膜太陽能電 池、有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池。其中晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率最高，達 到18%;無機薄膜太陽能電池在11%以下，而有機太陽能電池則在6% _7%，但有機太陽能 電池具有生產(chǎn)工藝簡單、原材料成本低廉等特點。中國專利ZL200810051527. 1公開一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的疊層聚合物薄膜太陽能電池， 該太陽能電池采用高功函數(shù)金屬金、銀作為半透明陽極提取空穴。陽極兩側(cè)采用用P型金 屬氧化物三氧化鉬或氧化鎢作為空穴傳輸層連接上下子電池光敏層構(gòu)建內(nèi)建電場，提高載 流子收集效率。疊層電池中的上下兩個子電池的光敏層分別為吸收范圍不同的共軛聚合物 與富勒烯衍生物組成的混合物。兩個子電池以并聯(lián)的方式連接，疊層太陽能電池的短路電 流密度為上下兩子電池短路電流密度之和。該疊層聚合物薄膜太陽能電池通過采用吸收范 圍不同的共軛聚合物有效地改善了對太陽光的有效吸收并實現(xiàn)了短路電流的有效提高至 15毫安/平方厘米，從而提高了聚合物薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率最高至3. 36%。該 專利采用了一種疊層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)的太陽能電池屬于有機太陽能電池，由于沒有很好的發(fā)揮 疊層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率最高至3. 36%，屬于較低水平。目前，不管是 科研機構(gòu)還是太陽能電池生產(chǎn)廠家，都在為如何提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率而努力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是參考中國專利ZL200810051527. 1的太陽能電池疊層結(jié)構(gòu)原理， 通過對太陽能電池組成結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，引進有機太陽能電池和無機薄膜太陽能電池的融 合原理，通過兩者的優(yōu)勢互補，實現(xiàn)一種全新的太陽能電池。本發(fā)明采用如下方案實現(xiàn)一種疊層復(fù)合型太陽能電池，其特征在于包括透明基板材料為玻璃或塑料；陰極層其材料為氧化銦錫或氧化錫；極性有機層材料為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化物、聚硫化物、聚 酰胺、聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺之一第一光敏層材料為共軛聚合物和富勒烯的共混物；半透明陽極層材料為金屬金、鎳和銀中的一種；P型半導(dǎo)體層材料為P型氫化非晶硅或P型多元化合物；
P-N過渡層材料為摻雜稼的硒化銅銦；N型半導(dǎo)體層材料為N型氫化非晶硅或N型多元化合物；透明導(dǎo)電層材料為銦錫氧化物、氧化鋅或摻雜氧化鋁的氧化鋅中一種；陰極層、極性有機層、第一光敏層和半透明陽極層依次形成第一有機子電池；半透 明陽極、P型半導(dǎo)體層、P-N過渡層、N型半導(dǎo)體層和透明導(dǎo)電層依次形成第二無機薄摸膜子 電池；第一有機子電池與第二無機薄摸膜子電池通過半透明陽極層疊層形成復(fù)合型太陽能 電池。進一步優(yōu)化，還具有第二光敏層，材料為共軛聚合物和富勒烯的共混物；還具有不 導(dǎo)電反光層，材料為添加了高折射率的玻璃微珠反光漆；第二光敏層與第一光敏層通過導(dǎo) 電體跨層連接。更進一步優(yōu)化，為了提高太陽光利用率，使更多的太陽光第二無機薄摸膜子電池 轉(zhuǎn)化，陽極層呈網(wǎng)狀。綜上所述的疊層復(fù)合型太陽能電池具有如下特點和顯著效果(1)對比中國專利ZL200810051527. 1，本發(fā)明的第三層是極性有機層(參考專利 第三層是“第一子電池電子傳輸層”)，該極性有機層可至少增加20% -40%的光電流密度； 本發(fā)明的第六至八層分別是P型半導(dǎo)體層、P-N過渡層、N型半導(dǎo)體層(而參考專利是“半 透明陽極”、“第二子電池空穴傳輸層”、“第二子電池光敏層”)，所以整個電池的結(jié)構(gòu)具有天 淵之別；另外ZL200810051527. 1采用的是兩個有機太陽能電池的疊層，而本發(fā)明是采用一 個有機太陽能電池與一個無機太陽能電池的疊層，實現(xiàn)兩種電池之間的優(yōu)勢互補，既獲得 良好的光電轉(zhuǎn)換性能，同時也均衡了生產(chǎn)成本；(2)本發(fā)明還具有第二光敏層和不導(dǎo)電反光層；通過導(dǎo)電反光層實現(xiàn)最后將要穿 透電池的太陽余光反射，并進一步激發(fā)第二光敏層的光電感應(yīng)；第二光敏層與第一光敏層 通過導(dǎo)電體跨層連接，進一步提高有機電池的光電轉(zhuǎn)換效率。(3)實現(xiàn)了有機太陽能電池與無機太陽能電池的巧妙疊層，同時網(wǎng)狀陽極層更有 利于太陽光到達無機太陽能電池。


圖1是本發(fā)明太陽能電池的分層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明具有十一層組成的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是太陽余光被反射實現(xiàn)重復(fù)利用的示意圖。圖4是網(wǎng)狀陽極層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例一參考圖1，本實施例的發(fā)明方案，疊層復(fù)合型太陽能電池由九個不同功能層組成。 依次是透明基板1、陰極層2、極性有機層3、第一光敏層4、半透明陽極層5、P型半導(dǎo)體層6、 P-N過渡層7、N型半導(dǎo)體層8、透明導(dǎo)電層9 ；其中透明基板1優(yōu)先選擇玻璃或塑料為材料；透明基板1的厚度并無特別限定，可依照 實際需要作適當(dāng)調(diào)整，但是基板必須具有良好的透光性能。
陰極層2 其材料優(yōu)選為氧化銦錫或氧化錫；陰極層2可用任何傳統(tǒng)方法形成，例 如氣相沉積、濺鍍等；陰極層2厚度在150 600nm之間。極性有機層3 材料優(yōu)選為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化物、聚硫化 物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺之一，或者它們之中的兩種或兩種以上的組合。極性有 機層3至少含有一種極性官能團的極性高分子，它一方面可至少增加20% -40%的光電流 密度，更可以平坦陰極層2 ；極性有機層3的厚度優(yōu)選為50 250nm之間。第一光敏層4 材料優(yōu)選為共軛聚合物和富勒烯的共混物；第一光敏層4其至少含 有兩種成份，包括電子給體和電子受體；其中共軛聚合物可采用聚乙炔作為電子給體；電 子受體采用氰基苯撐乙烯。第一光敏層4厚度為30 150nm之間。半透明陽極層5 材料優(yōu)選為金屬金、鎳和銀中的一種，必須具有較好的透光性 能；半透明陽極層5優(yōu)選網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(參考圖4所示)；可以采用但不局限于噴涂、絲網(wǎng)印刷、 噴墨印刷方式形成。P型半導(dǎo)體層6 材料優(yōu)選為P型氫化非晶硅(P-a-Si :H)或P型多元化合物如鋁 稼氮、鋁稼砷等；P型半導(dǎo)體層6厚度為100 130nm之間；P-N過渡層7 材料優(yōu)選為摻雜稼的硒化銅銦，厚度為20 40nm之間；N型半導(dǎo)體層8 材料優(yōu)選為N型氫化非晶硅(N-a-Si :H)或N型多元化合物氮化 稼或磷化銦稼，厚度為100 130nm之間透明導(dǎo)電層9 材料為銦錫氧化物、氧化鋅或摻雜氧化鋁的氧化鋅中一種；120 300nm之間。又參考圖1，陰極層2、極性有機層3、第一光敏層4和半透明陽極層5依次形成第 一有機子電池；半透明陽極5、P型半導(dǎo)體層6、P-N過渡層7、N型半導(dǎo)體層8和透明導(dǎo)電層 9依次形成第二無機薄摸膜子電池；第一有機子電池與第二無機薄摸膜子電池通過半透明 陽極層5疊層形成復(fù)合型太陽能電池。實施例二 實施例二是在實施例一的已有的基礎(chǔ)上作的進一步優(yōu)化。其中區(qū)別在于參考圖 2和3，疊層復(fù)合型太陽能電池的半透明陽極層5還具有第二光敏層10，第二光敏層10和形 成方法、厚度可參考第一光敏層4實施；第二光敏層10還具有不導(dǎo)電反光層12，材料可選 擇添加了高折射率的玻璃微珠反光漆，通過噴涂等方式形成。第二光敏層10與第一光敏層 4通過導(dǎo)電體(如銀膜)跨層連接。參考圖3，太陽余光到達不導(dǎo)電反光層12后被反射，進 一步激發(fā)第二光敏層10的光電感應(yīng)；第二光敏層10與第一光敏層4共同作用，進一步提高 有機電池的光電轉(zhuǎn)換效率；本實施例采用了多途徑提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，其中包括有機太陽能電池與無 機太陽能電池的疊層，充分利用太陽光能，實現(xiàn)有機和無機太陽能電池的巧妙疊合，發(fā)揮最 大光電轉(zhuǎn)換性能同時，均衡生產(chǎn)成本；采用第二光敏層10和不導(dǎo)電反光層12結(jié)構(gòu)，對太陽 預(yù)光進行重復(fù)利用，加強有機太陽能電池的二次光電轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)整體電池的轉(zhuǎn)換效率可以 達到35%以上。
權(quán)利要求
1.一種疊層復(fù)合型太陽能電池，其特征在于包括 透明基板(1)材料為玻璃或塑料；陰極層O)其材料為氧化銦錫或氧化錫；極性有機層(3)材料為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化物、聚硫化物、聚 酰胺、聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺之一；第一光敏層材料為共軛聚合物和富勒烯的共混物； 半透明陽極層(5)材料為金屬金、鎳和銀中的一種； P型半導(dǎo)體層(6)材料為P型氫化非晶硅或P型多元化合物； P-N過渡層(7)材料為摻雜稼的硒化銅銦； N型半導(dǎo)體層(8)材料為N型氫化非晶硅或N型多元化合物； 透明導(dǎo)電層(9)材料為銦錫氧化物、氧化鋅或摻雜氧化鋁的氧化鋅中一種； 陰極層O)、極性有機層(3)、第一光敏層(4)和半透明陽極層( 依次形成第一有機 子電池；半透明陽極(5)、P型半導(dǎo)體層(6)、P-N過渡層(7)、N型半導(dǎo)體層(8)和透明導(dǎo)電 層(9)依次形成第二無機薄摸膜子電池；第一有機子電池與第二無機薄摸膜子電池通過半 透明陽極層( 疊層形成復(fù)合型太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合型太陽能電池，其特征在于還具有第二光敏層 (10)，材料為共軛聚合物和富勒烯的共混物；還具有不導(dǎo)電反光層(12)，材料為添加了高 折射率的玻璃微珠反光漆；第二光敏層(10)與第一光敏層(4)通過導(dǎo)電體跨層連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊層復(fù)合型太陽能電池，其特征在于半透明陽極層(5) 呈網(wǎng)狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種疊層復(fù)合型太陽能電池，其由十一個不同功能層組成。依次是透明基板、陰極層、極性有機層、第一光敏層、半透明陽極層、P型半導(dǎo)體層、P-N過渡層、N型半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層、第二光敏層、不導(dǎo)電反光層，其中半透明陽極層呈網(wǎng)狀，同時采用了多途徑提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，其中包括有機太陽能電池與無機太陽能電池的疊層，充分利用太陽光能，實現(xiàn)有機和無機太陽能電池的巧妙疊合，發(fā)揮最大光電轉(zhuǎn)換性能同時，均衡生產(chǎn)成本；采用第二光敏層和不導(dǎo)電反光層結(jié)構(gòu)，對太陽預(yù)光進行重復(fù)利用，加強有機太陽能電池的二次光電轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)整體電池的轉(zhuǎn)換效率可以達到35％以上。
文檔編號H01L51/42GK102097592SQ20101056229
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者盧林發(fā), 葉燦才 申請人:中山愛科數(shù)字科技有限公司