CN100539206C - 可以充分吸收更广泛波长太阳光的太阳能电池结构 - Google Patents

可以充分吸收更广泛波长太阳光的太阳能电池结构 Download PDF

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Abstract

可以充分吸收太阳光谱的太阳能电池结构，通过将染料增感塑性膜或纳米碳管淀积在硅太阳能电池的前电极上，和覆盖ITO透明导电玻璃层而构成的新的硅太阳能电池结构，具有双P-N结，可以增加太阳能电池对太阳光光谱内较长波长太阳光的吸收，使硅太阳能电池的光电转换效率显著提高。

Description

可以充分吸收更广泛波长太阳光的太阳能电池结构
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及可以充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光的太阳能电池结构。
背景技术
硅太阳能电池是一种应用广泛的电源。目前的硅太阳能电池如图1所示，是在上，利用扩散技术生成一层N型材料，该N型材料与P型硅衬底形成与表面垂直的P-N结，然后利用适当的金属布线方法形成前电极，背电极，以及淀积抗反射层等构成太阳能电池。由于硅太阳能电池具有对短波光谱的强响应，可以吸收太阳光谱中较短波长的光，而对长波光谱的吸收性较低，而且较长波长的光被吸收后会引起硅晶片发热而降低太阳能电池的光电转换效率。
为改善对太阳光谱内更广泛波长太阳光的吸收性和提高光电转化效率，提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提高对太阳光谱内更广泛波长太阳光的吸收，提高光电转换效率。
本发明的可以充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光的太阳能电池结构，包括：
背电极；
P型硅衬底，用于形成P-N结；
N+阱，用于形成P-N结；
前电极；
抗反射层；
黑色染料涂层，用于吸收较长波长的太阳光谱；
透明导电层玻璃，覆盖在涂敷黑色染料涂层的硅太阳能电池表面，进行密封后保护；
根据本发明，P型硅衬底和N+阱形成的P/N结通过导电电极，向用户端释放光生载流子；在传统的太阳能电池正面涂覆N级的黑色染料增感层，上面再涂覆P型的导电玻璃，形成另一P/N结，光照后激发的光生载流子同样通过导电电极导出电流。光照后形成的二股来自于二个P/N结的光生载流子形成了整个电池的输出电流。
根据本发明的有效利用太阳光谱的太阳能电池结构，所述的背电极是铝胶板(Al paster)电极，前电极是银栅(silver grid)电极。
根据本发明，黑色染料层是N型碳纳米管(CNT)。该黑色染料层是通过低压蒸镀的方法形成。
根据本发明的透明导电层玻璃是(ITO)铟锡氧化物玻璃，而抗反射层为氮化硅(SiN)。
根据本发明的有效利用太阳光谱的太阳能电池结构，由于在传统的太阳能电池正面涂覆的N级的染料增感层和上面再涂覆的P型的导电玻璃层形成了另一P/N结，加上P型硅衬底和N+阱形成的P/N结，光照后形成二股来自于二个P/N结的光生载流子，形成了整个电池的输出电流。不仅对太阳光谱的吸收范围增加，而且光电转换效率也提高。
附图说明
图1是常规的硅太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明的一个实施例的可以充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光的太阳能电池的结构示意图。
附图标记说明
1 背电极           2 硅衬底
3 N阱              4 抗反射层
5 前电极           6 黑色染料涂层
7 透明导电玻璃
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
从图1中可见，背电极1、硅衬底2、N阱3、抗反射层4、及前电极5形成了传统的太阳能电池片的结构，其中硅衬底2和N阱3形成的P/N结通过前电极5的导电电极向用户端释放光生载流子。
常规的太阳能电池通过P型硅衬底和N型材料构成的P-N结只能吸收较短波长的太阳光，如300～700nm的太阳光谱，而且其光电转换效率仅为12～17％。
本发明的可以充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光的硅太阳能电池结构，包括背电极；P型硅衬底和N型材料，用于形成P-N结；前电极，用于吸收光生载流子；抗反射层，用于绝缘保护和作为抗反射膜提高入射光量；黑色染料涂层，用于吸收较长波长的太阳光谱；透明导电层玻璃，覆盖在涂敷黑色染料涂层的硅太阳能电池表面，进行密封后保护。
根据本发明的一个较佳实施例的可以充分利用太阳光谱的太阳能电池结构，如图2所示，背电极1，由铝胶板制成，作为背电极；P型硅衬底2和N阱3，用于形成P-N结，吸收较短波长的太阳光，将其转变为光生载流子；前电极5，由银栅构成作为前电极，收集光生电子形成光电流；抗反射层4，由氮化硅构成，起抗反射和绝缘作用，增加光的入射；黑色染料涂层6，由N型纳米碳管构成。
其中，N+通过N型离子扩散，如磷，而形成。
银栅前电极，在硅衬底正面通过丝网印刷银浆料，经过低温干燥而形成。
铝胶板背电极，通过在硅衬底背面丝网印刷铝浆料，经过低温干燥而形成。
氮化硅绝缘层采用PECVD方法淀积形成，其厚度为70nm，
N型纳米碳管的制备方法之一是用电弧放电方法，这种方法是直接用反应物作为电极，进行电弧放电来获得纳米管的一种方法。本发明是用蒸镀的方法在传统的太阳能电池上涂覆100
Figure C200510029974D0005110847QIETU
-1μm厚度的，管的内径大约在2.2nm到2.7nm的N型纳米碳管。由于其对较长波长太阳光谱的高吸收性，用于吸收较长波长的太阳光，转变为光生载流子，由银栅前电极5收集形成电流；
氧化铟锡透明导电玻璃(ITO)7覆盖在整个太阳能电池的纳米碳管6上进行密封保护。氧化铟锡透明导电玻璃(ITO)的制备方法为，将掺杂浓度15％-20％铟锡溶胶，利用飞溅喷镀的方法喷镀到被加热到350-450℃的15mm的玻璃板，氧化铟锡的飞溅喷镀厚度可控制在100-150nm。
本发明的太阳能电池是在传统的太阳能电池正面涂覆N级的纳米碳管(CNT)，上面再涂覆P型的导电玻璃后，形成了另一P/N结，光照后激发的光生载流子同样通过银导电电极导出电流。光照后形成的二股来自于二个P/N节的光生载流子形成了整个电池的输出电流。
根据本发明的可以充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光的太阳能电池结构，由于纳米碳管具有对长波光谱的高吸收性，吸收范围增加800～1000nm，传统硅太阳能电池P-N结又具有中短波长300～800nm的高吸收性。这就使本发明的太阳能电池比传统的太阳能电池具有吸收波长范围更广泛的特性，其吸收范围可达到300～1300nm，从而可充分利用太阳光谱的能量，使其充分吸收太阳光谱内更广泛波长太阳光，并通过双P/N结进一步提高太阳能电池的光电转换效率，预计比传统的太阳能电池的光电转换效率提高1-3％。

Claims (7)

1.可以充分吸收太阳光谱内波长为300-1300nm太阳光的太阳能电池结构，包括：
背电极；
P型硅衬底；
N+阱，所述N+阱和所述P型硅衬底形成P-N结；
前电极；
抗反射层；
黑色染料涂层，用于吸收波长为700nm-1300nm较长波长的太阳光谱；
氧化铟锡透明导电玻璃，覆盖在涂敷黑色染料涂层的硅太阳能电池表面，进行密封后保护，所述氧化铟锡透明导电玻璃和黑色染料涂层形成另一P-N结；
所述N+阱和所述黑色染料涂层分别与所述前电极相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，P型硅衬底和N+阱形成的P/N结通过导电电极，向用户端释放光生载流子；在带有前电极的抗反射层表面涂覆N型黑色染料涂层，所述黑色染料涂层为增感塑性膜或纳米碳管，上面再涂覆P型的氧化铟锡透明导电玻璃，形成另一P/N结，光照后激发的光生载流子同样通过导电电极导出电流，光照后形成的二股来自于二个P/N结的光生载流子形成了整个电池的输出电流。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述的背电极是铝胶板(Al paster)电极。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述的前电极是银栅(silver grid)电极。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述的黑色染料涂层是N型纳米碳管(CNT)。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述的黑色染料涂层是通过低压蒸镀的方法形成。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述的抗反射层为氮化硅(SiN)。
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