專利名稱：串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在太陽(yáng)能電池的技術(shù)領(lǐng)域中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種具有高功率產(chǎn)生效率的太陽(yáng)能電池。作為一個(gè)例子，已經(jīng)研究了串聯(lián)型太陽(yáng)能電池。常規(guī)的串聯(lián)型太陽(yáng)能電池設(shè)置有透明絕緣襯底和形成于該襯底上的第一透明電極。將頂太陽(yáng)能電池層疊在第一透明電極上，且將底太陽(yáng)能電池層疊在頂太陽(yáng)能電池上。第二透明電極形成于底太陽(yáng)能電池上，且背電極形成于第二透明電極上。頂太陽(yáng)能電池設(shè)置有P型硅層(非晶硅層)、1型硅層(非晶硅層) 和N型硅層(非晶硅層)，所有這些層以該順序?qū)盈B。而且，底太陽(yáng)能電池設(shè)置有P型硅層 (結(jié)晶硅層)、I型硅層(結(jié)晶硅層)和N型硅層(結(jié)晶硅層)，所有這些層以該順序?qū)盈B。從透明絕緣襯底的一側(cè)進(jìn)入的陽(yáng)光部分在頂太陽(yáng)能電池經(jīng)受轉(zhuǎn)化為電能的第一光電轉(zhuǎn)化。然后，在頂太陽(yáng)能電池中未被吸收的陽(yáng)光的組分經(jīng)受轉(zhuǎn)化為電能的第二光電轉(zhuǎn)化。因此，在太陽(yáng)的正午經(jīng)過(guò)的時(shí)刻，陽(yáng)光光譜中紫外區(qū)域相對(duì)增加，且在此刻在陽(yáng)光的光譜下產(chǎn)生的功率最高。常規(guī)地，為了實(shí)現(xiàn)高功率產(chǎn)生效率，如此設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池使得頂太陽(yáng)能電池中的光生電流決定整個(gè)太陽(yáng)能電池中的光生電流。在該情況中，如果使太陽(yáng)能電池的膜厚度增大，每個(gè)電池中的光生電流變大。因此，使頂太陽(yáng)能電池的膜厚恒定來(lái)固定頂太陽(yáng)能電池中的光生電流，之后，調(diào)整底太陽(yáng)能電池的膜厚。由此，自由地設(shè)定頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池中光生電流的平衡。即，在常規(guī)的太陽(yáng)能電池中，頂太陽(yáng)能電池的光生電流決定了整個(gè)太陽(yáng)能電池的總光生電流。但是，當(dāng)考慮一年中的功率產(chǎn)生效率時(shí)，在頂太陽(yáng)能電池決定總光生電流的情況下，在太陽(yáng)能電池中存在以下的問(wèn)題。問(wèn)題之一在于當(dāng)在早晨和傍晚、冬季等陽(yáng)光入射角度低時(shí)，以及當(dāng)在多云的天氣下紫外線被吸收時(shí)，功率產(chǎn)生減小，盡管功率產(chǎn)生在太陽(yáng)正午經(jīng)過(guò)的時(shí)刻會(huì)稍稍增加。而且，另一問(wèn)題在于在作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池中，光退化率高，使得在光退化之后，頂太陽(yáng)能電池中的功率產(chǎn)生效率降低，引起不穩(wěn)定的功率產(chǎn)生效率。即，需要一種制造技術(shù)，在考慮到光退化量的情況下，以高再現(xiàn)性形成具有預(yù)定膜厚度的頂太陽(yáng)能電池，從而在穩(wěn)定化之后實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效率。結(jié)合上述的技術(shù)，形成了如以下的報(bào)告。在由新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(New Energy and Industrial Technology Development Organization)所作白勺 2003 i 平價(jià) 艮告“Research and Development of Photovoltaic Power GenerationTechnology Silicon Crystalline Type Thin-Film Solar Cell ModuleManufacturing Technology Development (2) ”中，報(bào)道了一種利用“非晶硅/中間透明層/薄膜多晶硅”混合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部光俘獲技術(shù)，其中在頂太陽(yáng)能電池(非晶硅太陽(yáng)能電池)和底太陽(yáng)能電池(薄膜多晶硅太陽(yáng)能電池)之間引入了中間透明層。作為考慮將上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用到大面積模塊用于改善模塊性能的結(jié)果，對(duì)于具有3825cm2的開(kāi)口面積(9 IOmm X 455mm襯底尺寸)的混合模塊，實(shí)現(xiàn)了 13. 5%的初始轉(zhuǎn)化效率。還顯示了即使在大面積的條件下，上述結(jié)構(gòu)的混合模塊在功率產(chǎn)生效率上也是卓越的。而且，還考慮了能夠在室外獲得高功率產(chǎn)生效率的太陽(yáng)能模塊。在相同陽(yáng)光量的條件下，在一天中產(chǎn)生的功率的變化上相互比較了兩種混合模塊一種其總光生電流由頂太陽(yáng)能電池決定；而另一種其總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定。作為比較的結(jié)果，在總光生電流由頂太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則下的混合模塊表現(xiàn)出了比在總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則下的混合模塊高10%的生成功率，因?yàn)樵陉?yáng)光量變得接近Ikw/ m2的正午經(jīng)過(guò)時(shí)刻，空氣質(zhì)量(air mass)值接近1. 0。另外，對(duì)于兩種混合模塊，通過(guò)使用 SMAP(光譜匹配分析程序)檢測(cè)了在曝光之后對(duì)于外部環(huán)境和穩(wěn)定化的溫度依賴性。分析結(jié)果指出最大輸出的改變相應(yīng)于一天中陽(yáng)光光譜的改變和模塊溫度的改變。因此，證實(shí)了在總光生電流的由頂太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則下的混合模塊在高陽(yáng)光量和低空氣質(zhì)量下具有更高的功率產(chǎn)生效率。通過(guò)光輻射加速試驗(yàn)，證實(shí)了具有中間層的頂太陽(yáng)能電池的F. F 與常規(guī)的混合電池相比，在穩(wěn)定化之后變得更高。而且，在5SUN、20小時(shí)和50°C的光輻射條件下可以獲得超過(guò)90%的保持率(retention rate)。另外，當(dāng)薄膜多晶硅電池中的每個(gè) P/I/N層形成于同一室中用于提高生產(chǎn)能力時(shí)，其性能等同于每個(gè)P/I/N層形成于分開(kāi)的室中的常規(guī)電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池，其具有在一年中高的功率產(chǎn)生效率且可以以高產(chǎn)率被制造。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池包括第一導(dǎo)電層，形成于透明襯底上，陽(yáng)光被輸入到所述透明襯底；頂太陽(yáng)能電池層，形成于第一導(dǎo)電層上；和底太陽(yáng)能電池層，層疊在所述頂太陽(yáng)能電池層上，與所述頂太陽(yáng)能電池層串聯(lián)連接。基于所述底太陽(yáng)能電池層的光生電流從而決定所述薄膜太陽(yáng)能電池層的總光生電流。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，該串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池包括第一導(dǎo)電層，形成于透明襯底上，陽(yáng)光被輸入到所述透明襯底；頂太陽(yáng)能電池層，形成于所述第一導(dǎo)電層上；和底太陽(yáng)能電池層，層疊在所述頂太陽(yáng)能電池層上，與所述頂太陽(yáng)能電池層串聯(lián)連接；該設(shè)計(jì)方法的特征在于，固定所述頂太陽(yáng)能電池的膜厚而調(diào)節(jié)底太陽(yáng)能電池的膜厚，以基于所述底太陽(yáng)能電池層的光生電流決定所述薄膜太陽(yáng)能電池層的總光生電流。這里，薄膜太陽(yáng)能電池可以還包括設(shè)置于頂太陽(yáng)能電池層和底太陽(yáng)能電池層之間的中間透明層。在該情況中，所述中間層可以由選自aiO、ITO(氧化銦錫)和SnO2作為主要組分的材料形成。所述中間層的厚度可以為約50nm。而且，對(duì)于600到1200nm的波長(zhǎng)的光，所述中間透明層的吸收率優(yōu)選地等于或小于1%。中間透明層可以用于將應(yīng)當(dāng)被用于頂太陽(yáng)能電池層中的功率產(chǎn)生的陽(yáng)光的波長(zhǎng)區(qū)域反射到頂太陽(yáng)能電池。而且，頂太陽(yáng)能電池的膜厚優(yōu)選地在200到400nm的范圍，且底太陽(yáng)能電池的膜厚優(yōu)選地在1到2. 5 μ m的范圍。更優(yōu)選地，底太陽(yáng)能電池的膜厚在1. 5到2. 0 μ m的范圍。
而且，在1. 5的AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光光譜條件下，所述底太陽(yáng)能電池層中的光生電流可以等于或小于頂太陽(yáng)能電池層中的光生電流。而且，在安裝薄膜太陽(yáng)能電池層的位置在三月或九月的中午的陽(yáng)光光譜的條件下，所述底太陽(yáng)能電池層中的光生電流可以等于或小于頂太陽(yáng)能電池層中的光生電流。在該情況中，在1.5的AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光光譜條件下，所述底太陽(yáng)能電池層中的光生電流優(yōu)選地等于或小于頂太陽(yáng)能電池層中的光生電流，該差值小于ImA/cm2。而且，頂太陽(yáng)能電池層包括P型層、I型層和N型層，且優(yōu)選地所述I型層是非晶層。底太陽(yáng)能電池層包括P型層、I型層和N型層，且優(yōu)選地所述I型層是結(jié)晶層。在該情況中，當(dāng)頂太陽(yáng)能電池層的P型、I型和N型層可以以該順序在第一導(dǎo)電層上形成時(shí)，底太陽(yáng)能電池層的P型、I型和N型層可以以該順序從第一導(dǎo)電層的一側(cè)形成，或當(dāng)頂太陽(yáng)能電池層的N型、I型和P型層可以以該順序在第一導(dǎo)電層上形成時(shí)，底太陽(yáng)能電池層的N型、I 型和P型層可以以該順序從第一導(dǎo)電層的一側(cè)形成。頂太陽(yáng)能電池層和底太陽(yáng)能電池層的主要組分是硅。


圖1是示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的性能的圖表；圖3是示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)的橫截面圖；且圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的性能的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)。參考圖 1，第一實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池設(shè)置有透明絕緣襯底1和形成于該襯底1上的第一透明電極2。第一實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池還設(shè)置有形成于所述電極2上的作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池，以及形成于頂太陽(yáng)能電池25上的作為底太陽(yáng)能電池35的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池。第一實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池還設(shè)置有形成于底太陽(yáng)能電池35上的第二透明電極9和形成于所述電極9上的背電極10。頂太陽(yáng)能電池25 具有P-I-N結(jié)構(gòu)，且由P型非晶硅層3、1型非晶硅層4和N型非晶硅層5組成。但是，頂太陽(yáng)能電池25可以具有N-I-P結(jié)構(gòu)。底太陽(yáng)能電池25具有P-I-N結(jié)構(gòu)，且由P型結(jié)晶硅層 6、I型結(jié)晶硅層7和N型結(jié)晶硅層8組成。但是，在頂太陽(yáng)能電池具有N-I-P結(jié)構(gòu)時(shí)，底太陽(yáng)能電池25可以具有N-I-P結(jié)構(gòu)。這里，雖然頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35具有硅層，但是，頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的組分不限于純硅。該層可以是含有硅作為主要組分的層，諸如含有小于 50%的碳的碳化硅層和小于20%的鍺的硅鍺層。即使如果包含了幾個(gè)百分點(diǎn)或更少的其它元素，當(dāng)硅基本為主要組分時(shí)也將表現(xiàn)出相同的特性。而且，雖然已經(jīng)描述了充當(dāng)頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池中的P型、I型和N型硅層是非晶的，但是因?yàn)榉蔷Ч杼?yáng)能電池的特性基本取決于I型硅層的主要組分，所以P型層和N型層的結(jié)晶度不是問(wèn)題。相似地，雖然已經(jīng)描述了充當(dāng)?shù)滋?yáng)能電池的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池中的P型、I型和N型硅層是結(jié)晶的，但是因?yàn)榻Y(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的特性基本取決于I型硅層的主要組分，所以P型層和N型層的結(jié)晶度不是問(wèn)題。在太陽(yáng)能電池中，當(dāng)使膜厚更厚時(shí)，電池中的光生電流變大。因此，當(dāng)確定頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35中光生電流的平衡時(shí)，首先確定頂太陽(yáng)能電池25的膜厚，之后，再確定底太陽(yáng)能電池35的膜厚。如果確定頂太陽(yáng)能電池25的膜厚為常數(shù)來(lái)固定頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流，則通過(guò)確定底太陽(yáng)能電池35的膜厚而自由地設(shè)定頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35中光生電流的平衡。在第一實(shí)施例中，根據(jù)總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則來(lái)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池。充當(dāng)頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚優(yōu)選處于200到400nm的范圍內(nèi)。當(dāng)充當(dāng)頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚為350nm時(shí)，充當(dāng)?shù)滋?yáng)能電池的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池35的膜厚可以被改變?yōu)楦鞣N值，如圖2所示。這樣，設(shè)定了多個(gè)頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的光生電流的平衡。然后，在每個(gè)光生電流平衡中，在1. 5的AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光量下測(cè)量穩(wěn)定化效率。穩(wěn)定化效率意味著在lSUNUOOmw/cm2和50°C下，持續(xù)1000小時(shí)的陽(yáng)光輻射的條件下引起光退化加速之后的效率。圖2顯示了當(dāng)頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35的平衡被改變時(shí)初始功率產(chǎn)生效率和穩(wěn)定化功率產(chǎn)生效率的結(jié)果。當(dāng)?shù)滋?yáng)能電池35的膜厚在1. 5 μ m到2. O μ m的范圍內(nèi)時(shí)，穩(wěn)定化功率產(chǎn)生效率取得最大值。這表示當(dāng)?shù)滋?yáng)能電池35中的光生電流等于頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流或底太陽(yáng)能電池35中的光生電流比頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流小約ImA/cm2時(shí)，滿足了最佳設(shè)定條件。即，在此最佳設(shè)定條件中，總光生電流由底太陽(yáng)能電池35決定。在第一實(shí)施例中，考慮到產(chǎn)率，底太陽(yáng)能電池35的膜厚的最佳值為 L 5 μ m0太陽(yáng)能電池的額定輸出是基于1.5的AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光光譜。為了獲得高額定輸出，如此設(shè)計(jì)底太陽(yáng)能電池層35和頂太陽(yáng)能電池層25的光生電流平衡，使得在1. 5的 AM的陽(yáng)光光譜下，底太陽(yáng)能電池中的光生電流小于頂太陽(yáng)能電池中的光生電流。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以在為結(jié)晶太陽(yáng)能電池評(píng)估所定義的現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池特性評(píng)估中，獲得作為串聯(lián)太陽(yáng)能電池特性的高輸出。為了獲得實(shí)際上放置在室外的太陽(yáng)能電池的高有效輸出，必須考慮太陽(yáng)能電池被放置的位置的陽(yáng)光光譜條件，并且設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池從而實(shí)現(xiàn)總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則。由于陽(yáng)光光譜隨著季節(jié)變化，因此，采用作為春分和秋分的三月和九月中的中午時(shí)刻的陽(yáng)光光譜為平均值。優(yōu)化底太陽(yáng)能電池的膜厚，使得在這樣的條件下，滿足總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則。在第一實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了滿足總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池。因此，可以在一年中實(shí)現(xiàn)高功率產(chǎn)生效率。而且，通過(guò)確立總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則，即使在作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25在退化之后功率產(chǎn)生效率降低的情況下，還可以穩(wěn)定地保持穩(wěn)定化效率。另外，在總光生電流由底太陽(yáng)能電池決定的規(guī)則下，對(duì)于作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚而言，不需要高淀積精確度。即，在第一實(shí)施例中，即使頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的比例在一定程度上不是理想值，穩(wěn)定化效率也是穩(wěn)定的，且產(chǎn)率也是高的。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)。參考圖 3，第二實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池設(shè)置有透明絕緣襯底1和形成于襯底1上的第一透明電極2。第二實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池還設(shè)置有形成于電極2上的作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池、形成于頂太陽(yáng)能電池25上的中間透明層20、以及形成于頂太陽(yáng)能電池25上的作為底太陽(yáng)能電池35的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池。第二實(shí)施例中的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池還設(shè)置有形成于底太陽(yáng)能電池35上的第二透明電極9和形成于電極9上的背電極10。頂太陽(yáng)能電池25具有p-i-n結(jié)構(gòu)，且由ρ型非晶硅層3、i型非晶硅層4和η 型非晶硅層5組成。但是，頂太陽(yáng)能電池25可以具有n-i-p結(jié)構(gòu)。底太陽(yáng)能電池25具有 P-i-n結(jié)構(gòu)，且由ρ型結(jié)晶硅層6、i型結(jié)晶硅層7和η型結(jié)晶硅層8組成。但是，在頂太陽(yáng)能電池具有n-i-p結(jié)構(gòu)時(shí)，底太陽(yáng)能電池25可以具有n-i-p結(jié)構(gòu)。這里，中間透明層20反射入射陽(yáng)光中用于在作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池中產(chǎn)生功率的光譜區(qū)，使得反射的陽(yáng)光光譜區(qū)重新進(jìn)入作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池。因此，與第一實(shí)施例相比，可以改善作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池的功率產(chǎn)生效率。為了這個(gè)目的，中間透明層20由包含&ι0、ΙΤ0(氧化銦錫)或SnO2 作為主要組分的材料形成。中間透明層20的厚度為約50nm，且對(duì)于600到1200nm的波長(zhǎng)的光中間透明層20的吸收率等于或小于1%。而且，雖然頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35具有硅層，頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的組分不限于純硅。該層可以是含有硅作為主要組分的層，諸如含有少于50%的碳的碳化硅層和含有少于20%的鍺的硅鍺層。即使包含了幾個(gè)百分點(diǎn)或更少的其它元素，當(dāng)硅基本為主要組分時(shí)也表現(xiàn)了相同的特性。而且，雖然已經(jīng)描述了充當(dāng)頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池中的ρ型、i型和η 型硅層是非晶的，但是因?yàn)榉蔷Ч杼?yáng)能電池的特性基本取決于i型硅層的主要組分來(lái)決定，所以P型層和η型層的結(jié)晶度不是問(wèn)題。相似地，雖然已經(jīng)描述了充當(dāng)?shù)滋?yáng)能電池的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池中的P型、i型和η型硅層是結(jié)晶的，但是因?yàn)榻Y(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的特性基本取決于i型硅層的主要組分來(lái)決定，所以P型層和η型層的結(jié)晶度不是問(wèn)題。與第一實(shí)施例相似，頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35的膜厚越厚，每個(gè)電池中的光生電流變得越大。因此，為了自由地設(shè)定頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35中的光生電流的平衡，使頂太陽(yáng)能電池25的膜厚為常數(shù)來(lái)固定頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流。 然后，通過(guò)調(diào)整底太陽(yáng)能電池35的膜厚，從而自由地設(shè)定頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池 35中的光生電流的平衡。即，固定頂太陽(yáng)能電池25的膜厚而調(diào)節(jié)底太陽(yáng)能電池35的膜厚。 這樣就實(shí)現(xiàn)了總光生電流的底太陽(yáng)能電池決定規(guī)則。在第二實(shí)施例中，作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚優(yōu)選地在200 到400nm的范圍內(nèi)。當(dāng)作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚為250nm且中間透明層20的膜厚為50nm時(shí)，通過(guò)設(shè)定作為底太陽(yáng)能電池的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池35的膜厚， 從而將多個(gè)頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的光生電流平衡值設(shè)定為各種值。然后，在每個(gè)光生電流平衡(generation current balance)中，在1· 5AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光輻射下測(cè)量穩(wěn)定化效率。穩(wěn)定化效率意味著在ISUN和lOOmw/cm2、和50°C、持續(xù)1000小時(shí)的陽(yáng)光輻射退化之后的效率。
圖4顯示了在第二實(shí)施例的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池中，當(dāng)頂太陽(yáng)能電池25和底太陽(yáng)能電池35的平衡被改變時(shí)相應(yīng)于每個(gè)光生電流平衡的穩(wěn)定化效率。如圖4所示，底太陽(yáng)能電池35中的光生電流等于頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流或底太陽(yáng)能電池35中的光生電流比頂太陽(yáng)能電池25中的光生電流小約ImA/cm2。這是最佳設(shè)定條件從而即使當(dāng)中間透明層被層疊時(shí)也會(huì)最大化穩(wěn)定效率。即，實(shí)現(xiàn)了總光生電流的底太陽(yáng)能電池35決定規(guī)則。 在本情況中，底太陽(yáng)能電池的膜厚在2 μ m到1. 25 μ m的范圍內(nèi)?？紤]到產(chǎn)率，底太陽(yáng)能電池35的膜厚的最佳值為1. 5 μ m。太陽(yáng)能電池的額定輸出是基于1.5AM(空氣質(zhì)量)的陽(yáng)光光譜。為了獲得高額定輸出，如此設(shè)計(jì)底太陽(yáng)能電池層35和頂太陽(yáng)能電池層25的光生電流平衡，使得在1. 5AM的陽(yáng)光光譜下，底太陽(yáng)能電池中的光生電流等于頂太陽(yáng)能電池中的光生電流或比其小ImA/cm2。 通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以在為結(jié)晶太陽(yáng)能電池評(píng)估所定義的現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池特性評(píng)估中獲得作為串聯(lián)太陽(yáng)能電池特性的高輸出。為了獲得實(shí)際上放置在室外的太陽(yáng)能電池的高有效輸出，需要考慮太陽(yáng)能電池被放置的地方的陽(yáng)光光譜條件，且設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池使得實(shí)現(xiàn)總光生電流的底太陽(yáng)能電池決定規(guī)則。因?yàn)樵诩竟?jié)變換中陽(yáng)光光譜變化，作為春分和秋分的三月或九月中的中午時(shí)刻的陽(yáng)光光譜被應(yīng)用為平均值。如此優(yōu)化底太陽(yáng)能電池的膜厚使得在這樣的條件下滿足總光生電流的底太陽(yáng)能電池決定規(guī)則。在第二實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)定為總光生電流的底太陽(yáng)能電池決定規(guī)則的串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池。因此，可以比第一實(shí)施例在一年中實(shí)現(xiàn)更高的功率產(chǎn)生效率。而且，通過(guò)確立總光生電流的底太陽(yáng)能電池決定規(guī)則，即使對(duì)于在作為頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的退化之后功率產(chǎn)生效率降低，還可以穩(wěn)定地保持穩(wěn)定化效率。另外，因?yàn)榭偣馍娏鞯牡滋?yáng)能電池決定規(guī)則，不需要充當(dāng)頂太陽(yáng)能電池的非晶硅太陽(yáng)能電池25的膜厚的沉積高精確度。即，在第二實(shí)施例中，即使頂太陽(yáng)能電池和底太陽(yáng)能電池的比例在一定程度上不是理想值，穩(wěn)定化效率也是穩(wěn)定的且產(chǎn)率也是高的。另外，在第二實(shí)施例中，中間透明層20形成于作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池和作為底太陽(yáng)能電池的結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池35之間。因此，可以改善作為頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池的功率產(chǎn)生效率來(lái)改善整體太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定化效率。另外，因?yàn)榭梢允棺鳛轫斕?yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池的自身膜厚更薄，可以改善頂太陽(yáng)能電池25的非晶硅太陽(yáng)能電池的產(chǎn)率和光退化特性。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池和其設(shè)計(jì)方法，所述太陽(yáng)能電池在一年中效率都很高且可以以高產(chǎn)率制造。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，該串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池包括第一導(dǎo)電層，形成于透明襯底上，陽(yáng)光被輸入到所述透明襯底；頂太陽(yáng)能電池層，形成于所述第一導(dǎo)電層上；和底太陽(yáng)能電池層，層疊在所述頂太陽(yáng)能電池層上，與所述頂太陽(yáng)能電池層串聯(lián)連接；該設(shè)計(jì)方法的特征在于，固定所述頂太陽(yáng)能電池的膜厚而調(diào)節(jié)底太陽(yáng)能電池的膜厚，以基于所述底太陽(yáng)能電池層的光生電流決定所述薄膜太陽(yáng)能電池層的總光生電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，其中，將所述底太陽(yáng)能電池中的光生電流設(shè)計(jì)為比頂太陽(yáng)能電池中的光生電流小ImA/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，其中，所述頂太陽(yáng)能電池的膜厚在200到400nm的范圍，且所述底太陽(yáng)能電池層的膜厚在1到2. 5μπι的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，其中，所述底太陽(yáng)能電池層的膜厚在1.5到2. Oym的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，其中，在1.5的空氣質(zhì)量的陽(yáng)光光譜條件下，所述底太陽(yáng)能電池層中的光生電流等于或小于所述頂太陽(yáng)能電池層中的光生電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法，其中，在安裝所述薄膜太陽(yáng)能電池層的位置，在三月或九月中午的陽(yáng)光光譜的條件下，所述底太陽(yáng)能電池層中的光生電流等于或小于頂太陽(yáng)能電池層中的光生電流。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池，所述串聯(lián)型薄膜太陽(yáng)能電池包括第一導(dǎo)電層，形成于透明襯底上，陽(yáng)光被輸入到所述透明襯底；頂太陽(yáng)能電池層，形成于所述第一導(dǎo)電層上；和底太陽(yáng)能電池層，層疊在所述頂太陽(yáng)能電池層上，與所述頂太陽(yáng)能電池層串聯(lián)連接。基于所述底太陽(yáng)能電池層的光生電流決定所述薄膜太陽(yáng)能電池層的總光生電流。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102270676SQ20111007771
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者中野要治, 山下信樹(shù) 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社