專利名稱：異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽電池，特別是涉及一種異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池。
背景技術(shù)：
隨著人類社會發(fā)展，地球人口增加，對能源的消耗日益加劇。在此大背景下，太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源得到了快速發(fā)展。Si基薄膜太陽電池以其高的太陽光吸收系數(shù)，電池效率的溫度系數(shù)小，生產(chǎn)成本低，適宜大規(guī)模大尺寸生產(chǎn)等優(yōu)點成為了所有薄膜太陽電池中產(chǎn)業(yè)化程度最高，實際生產(chǎn)規(guī)模最大的薄膜太陽電池。硅基薄膜太陽電池的發(fā)展從單結(jié)a-Si到雙結(jié)a-Si/a-Si及a-Si/a-Si/a_SiGe。由于非晶娃存在的光致衰減效應(yīng),影響了其轉(zhuǎn)換率。a-S1:H的光學(xué)帶隙在1.7-1.8eV可吸收小于800nm的光，對長波區(qū)域不敏感。為了提高功率，降低衰減，研究人員引入了微晶硅材料。uc-Si具有較窄的能隙1.leV，和較好的光照穩(wěn)定性。近年來Applied material、Oerlikon、ULVAC等幾個有影響力的設(shè)備廠商選擇a-Si/uc-Si薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)。a-Si/uc-Si薄膜電池走向了產(chǎn)業(yè)化,并且成為了目前主流的硅基薄膜電池。但是a-Si/uc-Si薄膜電池存在以下缺點:1)本征微晶硅在長波段(λ>800ηπι)吸收系數(shù)低，為了充分吸收光譜，要求i層厚度大于Iy m(—般非晶硅電池i層厚度只有0.5 μ m左右)；2)微晶硅通常是在高氫稀釋條件下制備的，隨著氫稀釋提高，生長速率是降低的，通常它的沉積速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于非晶硅；3)由于微晶硅結(jié)構(gòu)的多樣性，不是所有微晶硅電池在長時間光照后都是穩(wěn)定的，特別是那些含有較大比例非晶成分的微晶硅電池，在強光條件下產(chǎn)生衰退。4)微晶硅的生長條件對設(shè)備要求高，生產(chǎn)速率慢，耗能大。導(dǎo)致了 AM、0erlikon PV業(yè)務(wù)設(shè)備公司被迫停產(chǎn)或轉(zhuǎn)賣。a-Si/uc-Si結(jié)構(gòu)薄膜電池在降低成本方面面臨很大挑戰(zhàn)。碲化鎘(CdTe)是一種對直接光電轉(zhuǎn)化具有理想帶隙(1.45eV)的化合物半導(dǎo)體。光吸收系數(shù)高，Ium厚的薄層就能吸收大于99%的可見光。1956年，CdTe被提出應(yīng)用到太陽電池上。1960年P(guān)-CdTe/n-CdS (p_碲化鎘/n-硫化鎘)電池開始研發(fā)。目前薄膜電池已經(jīng)制成的最佳的小面積CdTe薄膜電池光電轉(zhuǎn)換效率高于15%。美國NREL研發(fā)的1.032cm2效率達(dá)16.7%±0.5。美國first solar是全球最大CdTe薄膜太陽電池生產(chǎn)企業(yè)。其技術(shù)水平走在世界最前列。CdTe電池產(chǎn)業(yè)化制作工藝已經(jīng)成熟。CdTe薄膜電池和太陽的光譜最一致，可吸收95%以上的陽光。標(biāo)準(zhǔn)工藝，低能耗，生命周期結(jié)束后，可回收，強弱光均可發(fā)電，溫度越高表現(xiàn)越好。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述問題而提供一種太陽光吸收波長范圍廣、光電轉(zhuǎn)換效率高、制造成本低和使用穩(wěn)定性的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電膜層、P型非晶硅層、本征非晶硅層、η型非晶硅層、P型碲化鎘薄膜層、η型硫化鎘薄膜層、緩沖Buffer層和金屬層背電極，所述P型碲化鎘薄膜層位于所述η型非晶硅層和所述η型硫化鎘薄膜層之間。將a-S1:Η與CdTe (碲化鎘)電池匹配制成a_Si/CdTe (硅基/碲化鎘)疊層電池不僅能夠擴展對太陽光吸收波長范圍，提高轉(zhuǎn)換率，而且也有利于改善光致衰減問題。另外CdTe制備工藝相對uc-Si簡單，在降低成本方面更有優(yōu)勢。進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板、透明導(dǎo)電膜層、P型非晶硅層、本征非晶硅層、η型非晶硅層、P型碲化鎘薄膜層、η型硫化鎘薄膜層、緩沖Buffer層和金屬層背電極。太陽光從金屬背光極層面入射。進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板、金屬層背電極、緩沖Buffer層、η型硫化鎘薄膜層、P型締化鎘薄膜層、ρ型非晶娃層、本征非晶娃層、η型非晶硅層和透明導(dǎo)電膜層。太陽光從透明導(dǎo)電膜層面入射。作為優(yōu)選，所述P型非晶硅層的厚度為25-40nm ;所述本征非晶硅層的厚度為150-200nm ;所述η型非晶硅層的厚度為10_20nm。作為優(yōu)選,所述P型締化鎘薄膜層的厚度為2um-5um。作為優(yōu)選,所述η型硫化鎘薄膜層的厚度為0.lum-0.2um。更進(jìn)一步地，所述緩沖Buffer層由厚度為50nm的ZnO層和厚度100_200nm的AZO
層組成。本實用新型的有益效果是:本實用新型拓展了對太陽光的吸收范圍到llOOnm，有助于提高轉(zhuǎn)換效率。與a-Si/uc-Si疊層相比，a-Si/CdTe疊層具有相近的太陽光吸收波長范圍，具有好的長期使用穩(wěn)定性，光電轉(zhuǎn)換效率高。而且CdTe制備設(shè)備相對簡單、工藝相對成熟、設(shè)備投資低、生產(chǎn)制造成本低，有利于國產(chǎn)化。

圖1是本實用新型異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖2是本實用新型異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖二。圖中:1-金屬層背電極,2-緩沖Buffer層，3-n型硫化鎘薄膜層，4-p型締化鎘薄膜層，5-n型非晶硅層，6-本征非晶硅層，7-p型非晶硅層，8-透明導(dǎo)電膜層，9-玻璃基板。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:如圖1和圖2所示，本實用新型異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，包括玻璃基板9、透明導(dǎo)電膜層8、P型非晶硅層7、本征非晶硅層6、η型非晶硅層5、ρ型碲化鎘薄膜層4、η型硫化鎘薄膜層3、緩沖Buffer層2和金屬層背電極1，P型碲化鎘薄膜層4位于η型非晶硅層5和η型硫化鎘薄膜層3之間。將a-S1:Η與CdTe電池匹配制成a_Si/CdTe疊層電池不僅能夠擴展對太陽光吸收波長范圍，提高轉(zhuǎn)換率，而且也有利于改善光致衰減問題。另外CdTe制備工藝相對uc-Si簡單，在降低成本方面更有優(yōu)勢。在實施例1中，如圖1所示，所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板9、透明導(dǎo)電膜層8、ρ型非晶硅層7、本征非晶硅層6、η型非晶硅層5、ρ型碲化鎘薄膜層4、η型硫化鎘薄膜層3、緩沖Buffer層2和金屬層背電極I。太陽光從金屬背光極層面入射。在實施例2中，如圖2所示，所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板9、金屬層背電極1、緩沖Buffer層2、η型硫化鎘薄膜層3、ρ型碲化鎘薄膜層4、ρ型非晶硅層7、本征非晶硅層6、η型非晶硅層5和透明導(dǎo)電膜層8。太陽光從透明導(dǎo)電膜層8面入射。P型非晶硅層7的厚度為25-40nm，在本實施例中，P型非晶硅層7的厚度為30nm。本征非晶硅層6的厚度為150-200nm，在本實施例中，本征非晶硅層6的厚度為160nm ；n型非晶硅層5的厚度為10-20nm，在本實施例中，η型非晶硅層5的厚度為12nm。ρ型碲化鎘薄膜層4的厚度為2um-5um，在本實施例中，ρ型碲化鎘薄膜層4的厚度為3um。η型硫化鎘薄膜層3的厚度為0.lum-0.2um。緩沖Buffer層2由ZnO層和AZO層組成。ZnO是直接帶隙的金屬氧化物半導(dǎo)體，自然生長的ZnO是η型，與CdS薄膜一樣，屬于六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)。與CdS之間有很好的晶格匹配。由于輸出的光電流是垂直于高阻ΖηΟ，但卻橫向通過低阻AZO而流向收集背電極，為了減少太陽電池的串聯(lián)電阻，高阻層要薄而低阻值要厚。ZnO層的厚度優(yōu)選為50nm，AZO層的厚度優(yōu)選為100nm_200nm。
權(quán)利要求1.一種異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電膜層、P型非晶硅層、本征非晶硅層、η型非晶硅層、η型硫化鎘薄膜層、緩沖Buffer層和金屬層背電極，其特征在于:還包括P型碲化鎘薄膜層，所述P型碲化鎘薄膜層位于所述η型非晶硅層和所述η型硫化鎘薄膜層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板、透明導(dǎo)電膜層、P型非晶硅層、本征非晶硅層、η型非晶硅層、P型碲化鎘薄膜層、η型硫化鎘薄膜層、緩沖Buffer層和金屬層背電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池從下到上依次為:玻璃基板、金屬層背電極、緩沖Buffer層、η型硫化鎘薄膜層、P型碲化鎘薄膜層、P型非晶硅層、本征非晶硅層、η型非晶硅層和透明導(dǎo)電膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述P型非晶娃層的厚度為25-40nm ;所述本征非晶娃層的厚度為150_200nm ;所述η型非晶娃層的厚度為10-20nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述P型碲化鎘薄膜層的厚度為2um-5um。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述P型碲化鎘薄膜層的厚度為2um-5um。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述η型硫化鎘薄膜層的厚度為0.lum-0.2um。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述η型硫化鎘薄膜層的厚度為0.lum-0.2um。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述η型硫化鎘薄膜層的厚度為0.lum-0.2um。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，其特征在于:所述緩沖Buffer層由ZnO層和AZO層組成。
專利摘要本實用新型公開了一種異質(zhì)結(jié)疊層薄膜太陽電池，包括玻璃基板、透明導(dǎo)電膜層、p型非晶硅層、本征非晶硅層、n型非晶硅層、p型碲化鎘薄膜層、n型硫化鎘薄膜層、緩沖Buffer層和金屬層背電極，所述p型碲化鎘薄膜層位于所述n型非晶硅層和所述n型硫化鎘薄膜層之間。本實用新型拓展了對太陽光的吸收范圍到1100nm，有助于提高轉(zhuǎn)換效率。與a-Si/uc-Si疊層相比，a-Si/CdTe疊層具有相近的太陽光吸收波長范圍，具有好的長期使用穩(wěn)定性，光電轉(zhuǎn)換效率高。而且CdTe制備設(shè)備相對簡單、工藝相對成熟、設(shè)備投資低、生產(chǎn)制造成本低，有利于國產(chǎn)化。
文檔編號H01L31/0336GK202957277SQ201220439448
公開日2013年5月29日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者莊春泉, 王建強, 董德慶, 李偉 申請人:四川漢能光伏有限公司