CN100580959C - 可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见—红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池，该电池包括：衬底，在衬底上通过磁控溅射方法生成的二个串联的薄膜太阳能子电池。所说的二个串联的薄膜太阳能子电池是由依次排列生成在衬底上的吸收红外波段的非晶碲镉汞薄膜子电池和吸收可见光波段的非晶硅薄膜子电池组成。在非晶硅薄膜子电池的顶层上生成有透明导电的ITO防反射层。本发明的最大优点是：拓宽了太阳光谱从可见—红外波段的吸收；其次，薄膜电池采用非晶材料，制备工艺简单，造价低廉，同时不受衬底生长条件的限制，可以选择价格低廉的衬底，能够降低电池的制造成本。

Description

可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池，特别是指一种基于非晶半导体材料的，能够从可见光扩展到红外波段吸收的非晶薄膜双结太阳能电池。
背景技术
太阳能电池作为一种清洁、环境友好型的能源转换装置已经在地面和空间技术上取得了广泛应用。目前，市场上大多数太阳能电池都是基于单晶硅材料制造的，并已发展成为成熟的技术。不过，能量转换效率和造价问题一直制约着太阳能电池的进一步推广和普及。近二十年，太阳能电池逐渐向薄膜电池发展，并辅以设计一些新颖的电池结构如多结薄膜太阳能电池，在降低制造成本的同时提高了电池转换效率。非晶薄膜材料是未来多结薄膜太阳能电池发展的有竞争力的候选者之一。对于非晶材料，由于其制备工艺简单，造价低廉，同时可以生长在任意衬底上，在制造太阳能电池时可以选择价格低廉的衬底，能够降低电池的制造成本。文献(Sol.Energ.Mat.Sol.C.，78，597，2003)报道了一种基于非晶硅材料的三结薄膜太阳能电池，其结构为a-Si/a-SiGe(Ge～15％)/a-SiGe(Ge～30％)，它可以实现对可见光的全光谱吸收。该电池结构中的顶端吸收层采用的材料为a-Si:H，禁带约为1.75eV，吸收蓝光波段的光子；中间层采用a-SiGe:H(约含15％Ge)，禁带约为1.6eV，吸收绿光波段光子，底端层采用a-Si:H(约含30％Ge)，禁带约为1.45eV，吸收红光波段光子。
一般所谓的全光谱吸收太阳能电池都是针对可见光波段而言的，目前未见有关红外波段吸收的太阳能电池。基于太阳光中包含了相当多的红外光成分，若能开发一种从可见-红外波段吸收的太阳能电池，将是很有市场前景的。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种能够从可见光扩展到红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池。
本发明的非晶薄膜太阳能电池，包括：衬底，在衬底上通过磁控溅射方法生成的二个串联的薄膜太阳能子电池，在二个串联的上面一个薄膜太阳能子电池的顶层上生成有防反射的透明导电氧化物层，其特征在于：
所说的二个串联的薄膜太阳能子电池是由依次排列生成在衬底上的吸收红外波段的非晶碲镉汞薄膜子电池和吸收可见光波段的非晶硅薄膜子电池组成。
所说的非晶碲镉汞薄膜子电池由掺N型杂质的非晶Hg1-xCdxTe薄膜，本征I型非晶Hg1-xCdxTe薄膜和掺P型杂质的非晶Hg1-xCdxTe薄膜组成。
掺N型杂质的Hg1-xCdxTe薄膜和掺P型杂质的Hg1-xCdxTe薄膜中的组份x为0.25-0.75。
本征I型非晶Hg1-xCdxTe薄膜为一个组份x自衬底向上在0.25-0.75范围渐变的多层薄膜组成，组份x以0.1递增。这种结构的本征层基本可实现对1129nm-1774nm波段红外光的吸收。
所说的非晶硅薄膜子电池由掺N型杂质的非晶Si薄膜，本征I型非晶Si薄膜和掺P型杂质的非晶Si薄膜组成。
本发明的优点是：
1.二个子电池所采用的二种非晶半导体材料分别为商业化成熟的非晶硅合金及非晶碲镉汞。其中，非晶碲镉汞材料可获得的禁带宽度在1.1eV以下，覆盖到了红外波段。同时，非晶碲镉汞材料的禁带宽度一旦达到0.13eV左右，则可以吸收室温物体辐射的最丰富的红外光子(其光子能量就在0.13eV左右)，可以将环境中的热源转化成电能。由这种材料做成的太阳能电池理论上在没有太阳光照射的条件下也能有一定的能量转换效率，即在夜间也可以生产电。
2.由于薄膜电池采用非晶材料，制备工艺简单，造价低廉。同时不受衬底生长条件的限制，可以选择价格低廉的衬底，能够降低电池的制造成本。
附图说明
图1为本发明的非晶薄膜太阳能电池的结构示意图。
图2为非晶Hg0.5Cd0.5Te的径向分布函数图。
图3为非晶Hg1-xCdxTe的吸收光谱，图中三条曲线分别为组份x＝0.25、0.5、0.75。
具体实施方式
以下通过实施例及附图对本发明作进一步的详细说明：
本发明的非晶薄膜太阳能电池，包括：衬底1，在衬底上通过磁控溅射方法生成的二个串联的薄膜太阳能子电池3、4，在子电池4的顶层上生成有透明导电的ITO防反射层5。所说的二个子电池由依次排列生成在衬底上的吸收红外波段的非晶碲镉汞薄膜子电池3和吸收可见光波段的非晶硅薄膜子电池4组成。
本发明所述的衬底1材料为廉价玻璃、聚合物、铝或不锈钢。在衬底与子电池3之间沉积有高反射率的金属层2，金属层为铝层、银层或交替排列的银与导电氧化锌层，这样有利于太阳能电池的光俘获。
非晶碲镉汞薄膜子电池用以实现对红外波段的吸收，其中，本征I型非晶Hg1-xCdxTe薄膜层为一个组份x自衬底向上在0.25-0.75范围渐变的多层薄膜组成，组份x以0.1递增，这种结构的本征层基本可实现对1129nm-1774nm波段红外光的吸收。非晶碲镉汞薄膜子电池的I型层的厚度为200nm-1000nm，N型层的厚度为20nm-40nm，P型层的厚度为20nm-40nm，总厚度控制在240nm-1080nm之间较好。
非晶硅薄膜子电池用以实现对可见光波段的吸收，I型层的厚度为200nm-1000nm，N型层的厚度为30nm-50nm，P型层的厚度为30nm-50nm，总厚度控制在260nm-1100nm之间较好。
顶端的透明导电防反射层5为氧化锌层，厚度为200nm-300nm，采用低压化学汽相沉积方法制备。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池，包括：衬底，在衬底上通过磁控溅射方法生成的二个串联的薄膜太阳能子电池(3、4)，在二个串联的上面一个薄膜太阳能子电池(4)的顶层上生成有防反射的透明导电氧化物层(5)，其特征在于：
所说的二个子电池(3、4)是由依次排列生成在衬底上的吸收红外波段的非晶碲镉汞薄膜子电池(3)和吸收可见光波段的非晶硅薄膜子电池(4)组成。
2.根据权利要求1的一种可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的非晶碲镉汞薄膜子电池(3)由掺P型杂质的非晶Hg1-xCdxTe薄膜，本征I型非晶Hg1-xCdxTe薄膜和掺N型杂质的非晶Hg1-xCdxTe薄膜组成。
3.根据权利要求2的一种可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的本征I型非晶Hg1-xCdxTe薄膜为一个组份x自衬底向上在0.25-0.75范围渐变的多层薄膜组成，组份x以0.05或0.1递增。
4.根据权利要求1的一种可见-红外波段吸收的非晶薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的非晶硅薄膜子电池由掺P型杂质的非晶Si薄膜，本征I型非晶Si薄膜和掺N型杂质的非晶Si薄膜组成。
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Assignee: Shenzhen Wenzhuo Green Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Assignor: Shanghai Inst. of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences

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Denomination of invention: Visible infrared waveband absorbing amorphous thin-film solar cell

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