專利名稱：一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五 層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
疊層太陽電池是指為了拓寬太陽光譜的響應(yīng)，將傳統(tǒng)的單結(jié)太陽電池的有源層疊 加在一起，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率的一種新型太陽電池。目前硅基薄膜太陽電池仍有著廣 泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)正是基于這種材料結(jié)構(gòu)。當(dāng)僅用非晶硅材料做有源層時(shí)，它的光譜吸收限 在700nm附近。倘若采用非晶硅、微晶硅鍺雙結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，乃至非晶硅、非晶硅、微晶硅三 結(jié)疊層之后，其光譜響應(yīng)可從700nm拓寬到IOOOnm以至到llOOnm。電池效率則由9%到 11. 7%，直至 15. 1%。在現(xiàn)有的非晶、微晶硅疊層太陽電池中，三層結(jié)構(gòu)的非晶硅頂層、ZnO中間層、微 晶硅底層疊層太陽電池以其較高的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。頂 層電池(top cell)，采用氫化非晶硅薄膜，其帶隙寬度在1.75ev左右，來吸收波長較短的 太陽光。在這種三層結(jié)構(gòu)的疊層電池中，頂層a_Si:H的厚度大約為0. 18μπι左右，不超過
0.2μ m0這是由于在非晶硅和微晶硅層之間存在SiO中間層(interlayer)的緣故。中間 層并不作為有源層而產(chǎn)生電子、空穴對，中間層的作用在于利用折射率差反射部分太陽光 回到頂層從而提高頂層的光吸收，降低頂層的厚度。更低的頂層的厚度能夠增加電池的整 體穩(wěn)定性。并且中間層的存在使頂層和底層子電池電流更加匹配，減少了不必要的能量損 耗。在這種疊層結(jié)構(gòu)中，底層電池多采用p-i-n型氫化微晶硅yC-si:H，其厚度在4.4μπι 左右，而帶隙寬度為0.7ev左右。其作用在于進(jìn)一步吸收從頂層和中間層漏下的未被吸收 的長波長入射光。這種疊層電池的能量轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到15%左右。但是，在這種三結(jié)疊層結(jié)構(gòu)中，由于頂層非晶硅材料的帶隙寬度為1.7kv，而底 層微晶硅材料的帶隙寬度為0. 7ev左右，由于兩個(gè)有源層帶隙寬度間隔較大，能量低于
1.75ev而高于0. 7ev的光子并不能夠被完全吸收，而且由于能量高于材料帶隙寬度的光子 只激發(fā)產(chǎn)生一對電子-空穴對，對于那些能量遠(yuǎn)高于材料帶隙寬度的光子來說，有著較大 的能量損失。在這種情況下，顯然就無法達(dá)到充分利用太陽光譜的效果。因此，在疊層太陽電池結(jié)構(gòu)中，如何添加一個(gè)具有合適帶隙寬度的子電池層并使 它與其它子電池層相匹配就成為一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，該結(jié) 構(gòu)克服現(xiàn)有三層疊層電池光譜利用率不高的缺點(diǎn)，并可以達(dá)到比較高的光穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包 括子層A透明襯底、子層B前TCO (透明導(dǎo)電層)、子層C吸收層(有源層)1，子層D中間層1，子層E吸收層2，子層F中間層2，子層G吸收層3，子層H后TC0，子層I反射層。各子層 A-H從下往上依次疊加構(gòu)成五層疊層太陽電池。子層A透明襯底其材料采用透光率較高的玻璃，為了增加太陽光入射率，在其表 面常常設(shè)計(jì)一層減反射膜。子層B前TCO和子層H后TCO其材質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室中為SiO(氧化 鋅)，多采用LP-CVD (低壓化學(xué)氣象沉積)方法制成，應(yīng)具有高透明度，高電導(dǎo)性，高散射率。 子層B和子層H起到加強(qiáng)子層C非晶硅電池層和子層G微晶硅電池層的光吸收的作用。子層C非晶硅電池層采用氫化非晶硅薄膜，其帶隙寬度在1.75ev左右，來吸收波 長較短的太陽光，而其厚度由于兩個(gè)中間層(D、F)的存在，可以控制在0. Ιμπι左右。子層 D中間層1采用&ι0，其厚度不超過0. 1 μ m。子層E吸收層2為新加有源層，其帶隙寬度設(shè)置在1.2ev左右，其材料可以采用單 晶硅Si(l. 12ev)，其作用在于進(jìn)一步吸收短波長范圍太陽光，降低光譜能量的損失。為此， 其厚度應(yīng)控制在0. 2 μ m左右。子層F中間層2同樣采用ZnO材料，其厚度應(yīng)不超過0. 1 μ m。子層G吸收層3采用p-i-n型氫化微晶硅μ c_s :H，帶隙寬度在0. 7ev左右，其厚 度控制在0. 4 μ m左右，其作用在于進(jìn)一步吸收從子層C和子層E漏下的未被吸收的長波長 入射光和部分短波長太陽光。子層I反射層采用薄的SiOAg雙層材質(zhì)用來完全反射太陽光回到硅吸收層，從而 提高光能利用率。本發(fā)明的顯著效果在于本發(fā)明所述的一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié) 構(gòu)克服了現(xiàn)有三層非微晶硅疊層太陽電池太陽光譜利用率不足的缺點(diǎn)，利用新加的吸收層 和中間層，有效地提高了短波長光的吸收率，并且使得電池整體保持較高的穩(wěn)定性，其光電 轉(zhuǎn)換效率較現(xiàn)有三層結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)。


圖1為疊層薄膜非微晶硅太陽電池三層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、透明襯底；2、前TCO ;3、非晶硅頂層；4、SiO中間層；5、微晶硅底層；6、后 TCO ；7、反射層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，該結(jié)構(gòu)包括子層A透明襯底、子層B前TCO (透明導(dǎo)電層)、子層C吸 收層(有源層)1，子層D中間層1，子層E吸收層2，子層F中間層2，子層G吸收層3，子層 H后TC0，子層I反射層。各子層A-H從下往上依次疊加構(gòu)成五層疊層太陽電池。子層A透明襯底其材料采用透光率較高的玻璃，為了增加太陽光入射率，在其表 面常常設(shè)計(jì)一層減反射膜。子層B前TCO和子層H后TCO其材質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室中為SiO(氧化 鋅)，多采用LP-CVD (低壓化學(xué)氣象沉積)方法制成，應(yīng)具有高透明度，高電導(dǎo)性，高散射率。 子層B和子層H起到加強(qiáng)子層C非晶硅電池層和子層G微晶硅電池層的光吸收的作用。子層C非晶硅電池層采用氫化非晶硅薄膜，其帶隙寬度在1. 75ev左右，來吸收波長較短的太陽光，而其厚度由于兩個(gè)中間層(D、F)的存在，可以控制在0. Ιμπι左右。子層 D中間層1采用&ι0，其厚度不超過0. 1 μ m。子層E吸收層2為新加有源層，其帶隙寬度設(shè)置在1. 2ev左右，其材料可以采用單 晶硅Si(l. 12ev)，其作用在于進(jìn)一步吸收短波長范圍太陽光，降低光譜能量的損失。為此， 其厚度應(yīng)控制在0. 2 μ m左右。子層F中間層2同樣采用ZnO材料，其厚度應(yīng)不超過0. 1 μ m。子層G吸收層3采用p-i-n型氫化微晶硅μ c_S:H，帶隙寬度在0. 7ev左右，其厚 度控制在0. 4 μ m左右，其作用在于進(jìn)一步吸收從子層C和子層E漏下的未被吸收的長波長 入射光和部分短波長太陽光。子層I反射層采用薄的SiOAg雙層材質(zhì)用來完全反射太陽光回到硅吸收層，從而 提高光能利用率。
權(quán)利要求
1.一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括子層A透明襯底、子層B前 TCO (透明導(dǎo)電層)、子層C吸收層(有源層)1，子層D中間層1，子層E吸收層2，子層F中 間層2，子層G吸收層3，子層H后TC0，子層I反射層。各子層A-H從下往上依次疊加構(gòu)成 五層疊層太陽電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的子層C非晶硅頂層采用氫化非晶硅薄膜，其厚度控制在0. 1 μ m。子層D中間層1采 用ZnO薄膜，其厚度控制在0. 1 μ m以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的子層E吸收層2其材質(zhì)采用單晶硅，帶隙寬度在1. 2ev左右。厚度控制在0. 2 μ m以 內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的子層F中間層2其材質(zhì)采用ZnO薄膜，其厚度控制在0. 1 μ m以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體公開了一種疊層薄膜非微晶硅太陽能電池五層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)包括子層A透明襯底、子層B前TCO(透明導(dǎo)電層)、子層C吸收層(有源層)1，子層D中間層1，子層E吸收層2，子層F中間層2，子層G吸收層3，子層H后TCO，子層I反射層。各子層A-H從下往上依次疊加構(gòu)成五層疊層太陽電池。該五層結(jié)構(gòu)克服了現(xiàn)有三層非微晶硅疊層太陽電池太陽光譜利用率不足的缺點(diǎn)，利用新加的吸收層和中間層，有效地提高了短波長光的吸收率，并且使得電池整體保持較高的穩(wěn)定性，其光電轉(zhuǎn)換效率較現(xiàn)有三層結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)。
文檔編號H01L31/052GK102097509SQ201010564838
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者呂思宇, 屈曉升 申請人:北京航空航天大學(xué)