專利名稱：復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
隨著能源消耗的不斷增加，作為能源的主要來(lái)源，石油和煤炭的大量使用所導(dǎo)致 的二氧化碳排放嚴(yán)重地污染生態(tài)環(huán)境，而且石油和煤炭資源也面臨枯竭的境地，因此，尋求 低碳排放而又取之不盡的可再生能源變得越來(lái)越緊迫，而太陽(yáng)能正是這樣一種取之不盡用 之不竭的可再生新能源。人們對(duì)基于光伏效應(yīng)的太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)和利用日趨重視，市場(chǎng) 對(duì)更大面積、更輕更薄且生產(chǎn)成本更低的新型太陽(yáng)能電池的需求日益增加。在這些新型太 陽(yáng)能電池中，基于硅材料的合金薄膜(例如非晶硅a_Si:H)太陽(yáng)能電池以其用硅量少、低成 本、和高量產(chǎn)等特點(diǎn)成為太陽(yáng)能電池發(fā)展的一個(gè)新的趨勢(shì)。但是硅基薄膜太陽(yáng)能電池也具 有光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性欠佳等缺點(diǎn)。氫化薄膜硅所構(gòu)成的薄膜太陽(yáng)能電池通常具有p-i-n結(jié)構(gòu)，圖1為薄膜太陽(yáng)能電 池的典型結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，包括玻璃基板100、透明導(dǎo)電前電極110，氫化硅薄膜 p-i-n光電單元包括ρ層120、i層130(光電轉(zhuǎn)換層)和η層140。光線10進(jìn)入i層130 產(chǎn)生光致載流子，P層120和η層140在本征i層130中建立一個(gè)內(nèi)置電場(chǎng)，使光致載流子 能夠被有效地收集。此外還包括透明導(dǎo)電膜150和金屬薄膜160，透明導(dǎo)電膜150通常由透 明導(dǎo)電氧化物(TCO)組成，金屬薄膜160通常為銀或者鋁，能夠?qū)⒋┻^(guò)透明導(dǎo)電膜150未被 吸收的光反射回P-i-n光電單元中繼續(xù)吸收。透明導(dǎo)電膜150和金屬薄膜160通常被合稱 為背電極，基于氫化硅的P-i-n光電單元被夾在前后兩個(gè)電極中而形成完整的光伏器件。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在很大程度上取決于對(duì)各個(gè)光譜范圍內(nèi)的太陽(yáng)光的 有效吸收。眾所周知，太陽(yáng)光譜實(shí)質(zhì)上是由各種不同波長(zhǎng)的光組成的，如紫外光、藍(lán)光、綠 光、黃光、紅光、紅外光等，光波波長(zhǎng)可以從300nm 1400nm。單一類型的半導(dǎo)體薄膜通常 難以有效地吸收所有光譜的光波。為了提高轉(zhuǎn)換效率，通常采用多結(jié)硅基薄膜電池串聯(lián)在 一起的方式，例如非晶硅和納米晶硅(a-Si:H/yc-Si)疊層薄膜太陽(yáng)能電池。a_Si:H作為 頂層太陽(yáng)能電池的吸收層，其能帶隙為1.7eV左右，適合于吸收波長(zhǎng)在300 600nm之間的 光波。μ C-Si作為底層太陽(yáng)能電池的吸收層，其能帶隙為1. IeV左右，適合于吸收波長(zhǎng)在 450 950nm之間的光波。然而，雖然這種微晶_非晶疊層電池在一定程度上提高了光電轉(zhuǎn) 換效率，但是晶體硅自身穩(wěn)定性欠佳的弱點(diǎn)仍然是現(xiàn)有多結(jié)硅基薄膜太陽(yáng)能電池?zé)o法回避 的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，利用不同類型的光電單 元吸收多個(gè)光譜范圍的光能，能夠大幅度提高光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供的一種復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電前電極、光電 轉(zhuǎn)換單元、透明導(dǎo)電背電極和背金屬層，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括復(fù)數(shù)個(gè)類型的光電轉(zhuǎn)換子單元吸收不同光譜的光能?？蛇x的，所述光電轉(zhuǎn)換子單元包括但不限于非晶硅a-Si、微晶硅yc-Si、非晶硅 鍺a-SiGe、銅銦硒CIS、銅銦鎵硒CIGS和硫化鎘CdS薄膜吸收層。可選的，所述光電轉(zhuǎn)換子單元之間的連接方式為串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接?？蛇x的，所述光電轉(zhuǎn)換子單元利用薄膜沉積工藝、熱化學(xué)工藝、化學(xué)液浴沉積工藝 和半導(dǎo)體工藝形成。可選的，所述透明導(dǎo)電前電極具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述透明導(dǎo)電背電極具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述玻璃基板的與空氣接觸的表面密布凸起?？蛇x的，所述凸起的寬度或尺寸小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)?？蛇x的，所述玻璃基板的與空氣接觸的表面具有微凸透鏡陣列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池包括不同類型、不同材料的光電轉(zhuǎn)換單元，例如 非晶硅、微晶硅、非晶硅鍺、銅銦硒(CIS)和銅銦鎵硒(CIGS)等薄膜吸收層，分別用來(lái)吸收 波長(zhǎng)較短的藍(lán)、綠光和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃光、紅光和紅外光。從而能夠大幅度提高光能的吸收 率，提高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，本發(fā)明復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電氧化物層的表面結(jié)構(gòu)可以是柵格 狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)，能夠增加其光散射系數(shù)，提高光吸收率；本發(fā)明復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的玻璃基板表面可采用密布凸起的納米微結(jié)構(gòu)表 面，能夠最大限度地降低光的反射，使有更多的光進(jìn)入電池內(nèi)部；本發(fā)明復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的玻璃基板表面還可以形成微凸透鏡陣列，微凸透 鏡將入射光聚焦在吸收層上，進(jìn)一步提高了光吸收率。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚起見(jiàn)，放大了層的厚度。圖1為薄膜太陽(yáng)能電池的典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2至圖8為說(shuō)明本發(fā)明的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。所述示圖只是示意性的，為了說(shuō)明本發(fā)明的宗旨，并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。本發(fā)明的核心思想是根據(jù)不同材料和類型的光吸收層對(duì)不同光譜范圍內(nèi)光的吸 收率，利用不同類型的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換子單元(sub cell)來(lái)吸收不同光譜范圍的光，以達(dá)到 更高的光能吸收率和光電轉(zhuǎn)換效率。圖2至圖8為說(shuō)明本發(fā)明的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。首先如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池 包括玻璃基板100，透明導(dǎo)電前電極110，光電轉(zhuǎn)換單元300包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換子單元31、 32、33、34、35和36，當(dāng)然還可以有更多的子單元，在此以6個(gè)為例。這六個(gè)子單元可以分別 是非晶硅a-Si、微晶硅μ C-Si、非晶硅鍺a-SiGe、銅銦硒CIS、銅銦鎵硒CIGS和硫化鎘CdS 薄膜吸收層，用以吸收光譜范圍從λ 到λ6的光。當(dāng)光線10進(jìn)入電池內(nèi)部后，不同光譜 范圍λ λ 6的光分別被不同的子單元吸收。例如，非晶硅31、微晶硅32、非晶硅鍺33、 銅銦硒(CIS) 34、銅銦鎵硒(CIGQ35和硫化鎘(CcK) 36等薄膜吸收層分別用來(lái)吸收波長(zhǎng)較 短的藍(lán)、綠光和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃光、紅光和紅外光。光電轉(zhuǎn)換子單元31、32、33、34、35和36之間的連接方式可以是串聯(lián)或并聯(lián)或串并 聯(lián)同時(shí)采用。光電轉(zhuǎn)換子單元的制備可以利用薄膜沉積工藝、熱化學(xué)工藝、化學(xué)液浴沉積工 藝和半導(dǎo)體工藝形成。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，透明導(dǎo)電前電極200具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié) 構(gòu)，如圖3所示。柵格狀表面結(jié)構(gòu)由平行縱向或橫向排列的凸棱201構(gòu)成，如圖3a所示；網(wǎng) 格狀表面結(jié)構(gòu)由縱橫交錯(cuò)的凸棱201構(gòu)成，如圖: 所示。這種柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu) 能夠增加光散射系數(shù)，增加光在吸收層300中的光程，提高吸收層300的光吸收率。在圖4所示的實(shí)施例中，基板100的上表面還包括一個(gè)由另一層散射層210和玻 璃基板101組成的復(fù)合層，散射層210具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了光散 射能力。此外，在其它實(shí)施例中，透明導(dǎo)電背電極150還可以具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié) 構(gòu)，以增強(qiáng)對(duì)金屬層160反射光的散射能力。在圖5所示的實(shí)施例中，玻璃基板400的與空氣接觸的表面密布納米結(jié)構(gòu)凸起 401，形成類似蛾眼的納米表面結(jié)構(gòu)，凸起401的寬度或尺寸小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，因此這種 表面能夠最大限度地降低對(duì)入射光的反射。在圖6所示的實(shí)施例中，具有玻璃基板400的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電 前電極為具有柵格狀或網(wǎng)格狀表面結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電前電極200，其優(yōu)點(diǎn)前已說(shuō)明，在此不再 贅述。在圖7所示的實(shí)施例中，玻璃基板500的與空氣接觸的表面具有由眾多微凸透鏡 501組成的微凸透鏡陣列。入射光10微凸透鏡501后被聚焦在吸收層300的光電轉(zhuǎn)換子單 元上，極大地提高了光吸收率。在圖8所示的實(shí)施例中，具有玻璃基板500的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電 前電極為具有柵格狀或網(wǎng)格狀表面結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電前電極200，其優(yōu)點(diǎn)前已說(shuō)明，在此不再 贅述。此外，在其它實(shí)施例中，具有玻璃基板400或500的復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池的透明 導(dǎo)電背電極150還可以具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)對(duì)金屬層160反射光的散 射能力。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方 法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí) 施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做 的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電前電極、光電轉(zhuǎn)換單元、透明 導(dǎo)電背電極和背金屬層，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換單元包括復(fù)數(shù)個(gè)類型的光電轉(zhuǎn)換子單 元吸收不同光譜的光能。
2.如權(quán)利要求1所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換子單 元包括但不限于非晶硅a-Si、微晶硅μ c-Si、非晶硅鍺a-SiGe、銅銦硒CIS、銅銦鎵硒CIGS 和硫化鎘CdS薄膜吸收層。
3.如權(quán)利要求2所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換子單 元之間的連接方式為串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換子單 元利用薄膜沉積工藝、熱化學(xué)工藝、化學(xué)液浴沉積工藝和半導(dǎo)體工藝形成。
5.如權(quán)利要求1所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述透明導(dǎo)電前電 極具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述透明導(dǎo)電背電 極具有柵格狀或網(wǎng)格狀的表面結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1、5或6所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述玻璃基 板的與空氣接觸的表面密布凸起。
8.如權(quán)利要求7所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述凸起的寬度或 尺寸小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求1、5或6所述的膜層復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述玻璃基 板的與空氣接觸的表面具有微凸透鏡陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電前電極、光電轉(zhuǎn)換單元、透明導(dǎo)電背電極和背金屬層，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括復(fù)數(shù)個(gè)類型的光電轉(zhuǎn)換子單元吸收不同光譜的光能。本發(fā)明復(fù)合型薄膜太陽(yáng)能電池利用不同類型的光電單元吸收多個(gè)光譜范圍的光能，能夠大幅度提高光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK102097517SQ20101058453
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者單洪青, 李沅民, 林朝暉 申請(qǐng)人:福建鈞石能源有限公司