專利名稱：一種硅基雙結(jié)疊層太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種硅基雙結(jié)疊層電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具體是分別以非晶硅、多晶硅為光伏材料，構(gòu)成兩個(gè)同質(zhì)PIN結(jié)的太陽電池，屬于硅太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，太陽電池的性能是決定整個(gè)光伏系統(tǒng)性能的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的太陽電池普遍存在著成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題。晶體硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率約30%，但是成本高。非晶硅薄膜太陽電池的優(yōu)勢(shì)是成本低，但是非晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率只有8%，且存在著光致衰退效應(yīng)。薄膜太陽電池發(fā)展勢(shì)頭良好，采用薄膜技術(shù)不但可以大幅度節(jié)省硅材料的用量，也可以大面積制備，便于大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。綜上所述，研制新材料和設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)是開發(fā)高效、低成本太陽電池的必然途徑。雙結(jié)電池的疊層結(jié)構(gòu)能夠有效的擴(kuò)展太陽光的吸收光譜，這是指在太陽光入射處采用寬禁帶的半導(dǎo)體材料制成頂電池，主要吸收高能量的短波光；而在頂電池的下方采用窄禁帶的半導(dǎo)體材料制成底電池，主要吸收低能量的長(zhǎng)波光。這種結(jié)構(gòu)兼顧了短波段太陽光譜在材料表面被吸收、長(zhǎng)波段太陽光譜在材料內(nèi)部被吸收的情況，具有良好的光吸收率和光電轉(zhuǎn)換效率，并且膜的總體厚度為微米量級(jí)，需要的硅材料少，成本低，可以滿足太陽電池高效低成本的要求。專利“硅基高效多結(jié)太陽電池及其制備方法”(專利號(hào)200810018407. I)解決此問題的技術(shù)方案為采用異質(zhì)材料構(gòu)成三結(jié)電池，結(jié)構(gòu)為GalnP/GaAs/Si ;實(shí)用新型“寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池”(專利號(hào)02294641. I)在頂電池和底電池之間加入ー個(gè)特殊增反射層，以此提高入射光的吸收效率。實(shí)際上，薄膜間的界面質(zhì)量是影響轉(zhuǎn)換效率的重要原因，多種材料的使用必然會(huì)帶來界面缺陷等問題。本實(shí)用新型采用同質(zhì)硅基材料，避免了材料晶格不匹配、異質(zhì)材料載流子遷移率低等情況。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，開發(fā)ー種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，晶體硅太陽電池成本高，而異質(zhì)結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率較低、制作難度大的問題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，包括一個(gè)頂電池和一個(gè)底電池，兩個(gè)電池之間經(jīng)隧道結(jié)連接構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。頂電池是非晶硅的PIN結(jié)電池，底電池是多晶硅的PIN結(jié)電池，各子電池及其間的連接結(jié)構(gòu)直接在玻璃襯底上沉積而成。以SnO2透明導(dǎo)電薄膜作為電池的前電極，采用高吸收系數(shù)的非晶硅作為頂電池光伏材料，采用高轉(zhuǎn)化效率的多晶硅作為底電池的光伏材料，蒸發(fā)金屬鋁膜作為背電扱。頂電池與底電池構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有相同的短路電流。非晶硅由射頻等離子體化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD)技術(shù)制備，標(biāo)準(zhǔn)頻率為13. 56MHz，本征層厚度為0. 12 Um0待冷卻后取出，放入多功能沉積系統(tǒng)，適當(dāng)氫氣處理后制備多晶硅底電池。多晶硅由高頻等離子體化學(xué)氣相沉積(VHF-PECVD)技術(shù)制備，頻率為60MHz，多晶硅本征層厚度為0.36 iim。頂電池中非晶硅本征層厚度與底電池中多晶硅本征層厚度的比值設(shè)置為I : 3。頂電池中非晶硅材料的光學(xué)帶隙為I. 72eV。制備步驟是首先在玻璃上電鍍透明導(dǎo)電薄膜SnO2，然后在導(dǎo)電薄膜上依次沉積P型非晶硅、非晶硅本征層、N型非晶硅，然后沉積隧道結(jié)材料，然后在隧道結(jié)材料上依次沉積P型多晶硅、多晶硅本征層、N型多晶硅，最后蒸發(fā)鋁膜。通過調(diào)整頂電池非晶硅材料的沉積過程和工藝參數(shù)，控制非晶硅的帶隙為
I.72eV。結(jié)合多晶硅底電池，可以實(shí)現(xiàn)雙結(jié)疊層電池的吸收層光學(xué)帶隙在I.12 I. 72eV范圍的變化，可以吸收太陽光譜中300 IlOOnm波長(zhǎng)范圍的光。本實(shí)用新型的有益效果是，可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，減薄電池厚度，不易發(fā)生光致衰退效應(yīng)，縮短制備時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖I是本實(shí)用新型的電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是硅基雙結(jié)疊層太陽電池的第一個(gè)實(shí)施例。圖3是硅基雙結(jié)疊層太陽電池的第二個(gè)實(shí)施例。圖中I.玻璃，2.透明導(dǎo)電薄膜，3.摻硼P型非晶硅，4.非晶硅本征層，5.摻磷N型非晶硅，6.隧道結(jié)，7.摻硼P型多晶硅，8.多晶硅本征層，9.摻磷N型多晶硅，10.鋁膜，
II.增反射層，12.頂電池，13.底電池。
具體實(shí)施方式
在圖I中，頂電池(12)、底電池(13)構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。頂電池(12)包括三層材料，依次是摻硼P型非晶硅(3)、非晶硅本征層(4)、摻磷N型非晶硅(5)。底電池(13)包括三層材料，依次是摻硼P型多晶硅(7)、多晶硅本征層(8)、摻磷N型多晶硅(9)。頂電池(12)與底電池(13)之間采用隧道結(jié)(6)連接，匹配短路電流。玻璃⑴作為太陽電池襯底，透明導(dǎo)電薄膜⑵作為電池前電極，鋁膜(10)作為背電極。在圖2所示實(shí)施例中，摻硼P型非晶硅(3)、非晶硅本征層(4)、摻磷N型非晶硅 (5)、隧道結(jié)(6)、摻硼P型多晶硅(7)、多晶硅本征層(8)、摻磷N型多晶硅(9)全部采用絨面工藝沉積。絨面工藝選擇氫氧化鈉(NaOH)作為反應(yīng)物，硅酸鈉和異丙醇作為添加劑，利用擇優(yōu)腐蝕原理，在硅片的表面形成金字塔結(jié)構(gòu)。在太陽電池表面形成絨面結(jié)構(gòu)不僅可以降低表面的反射率，而且還可以在電池的內(nèi)部形成光陷阱，從而顯著地提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。在圖3所示的另一個(gè)實(shí)施例中，在底電池(13)的最后一層薄膜，摻磷N型多晶硅
(9)與背電極鋁膜(10)之間加入一個(gè)增反射層(11)。采用直流反應(yīng)磁控濺射法沉積ZnO:Al透明導(dǎo)電薄膜作為增反射層。該增反射層可以反射從頂電池(12)和底電池(13)透射而至的光線，有利于高能量短波段光的二次吸收，提高太陽電池的全波段響應(yīng)。并且沒有在電池內(nèi)部構(gòu)成界面，保證了光生載流子的傳輸和吸收。
權(quán)利要求1.一種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，包括一個(gè)頂電池(12)、一個(gè)底電池(13)，兩個(gè)電池之間經(jīng)隧道結(jié)連接構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在干所述頂電池是非晶硅的PIN結(jié)電池，所述底電池是多晶硅的PIN結(jié)電池，各子電池及其間的連接結(jié)構(gòu)直接在玻璃襯底上沉積而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，其特征在于頂電池(12)中非晶硅本征層⑷厚度與底電池(13)中多晶硅本征層⑶厚度的比值設(shè)置為I : 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，其特征在于頂電池(12)中非晶硅材料的光學(xué)帶隙為I. 72eV。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，其特征在于頂電池(12)與底電池(13)之間設(shè)置ー個(gè)隧道結(jié)(6)，匹配短路電流?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了一種硅基雙結(jié)疊層太陽電池，涉及疊層電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，屬于硅基太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。該太陽電池包括一個(gè)頂電池和一個(gè)底電池，兩個(gè)子電池之間經(jīng)隧道結(jié)連接構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。頂電池采用寬禁帶的非晶硅材料構(gòu)成PIN結(jié)，底電池采用窄禁帶的多晶硅材料構(gòu)成PIN結(jié)。非晶硅本征層厚度與多晶硅本征層厚度之比為1∶3。各子電池及其間的連接結(jié)構(gòu)直接在玻璃襯底上沉積而成。該結(jié)構(gòu)可以提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率、減輕發(fā)生光致衰退效應(yīng)、減少吸收層厚度、減少硅材料用量、降低太陽電池成本。
文檔編號(hào)H01L31/076GK202423352SQ20112054726
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者萬尤寶, 張建新 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院