CN101295737A - 薄膜太阳能电池的膜层和薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
公开了一种薄膜太阳能电池,在薄膜太阳能电池的透明前电极和p-i-n光电单元的p层之间包括折射率为2.2~3.4的膜层。该膜层作为透明前电极和p层之间的界面层,能够缩小透明前电极和p层之间的折射率差,使入射光在从透明前电极进入到p层时能够最大限度地减少反射,从而降低光损耗,提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域,特别涉及一种薄膜太阳能电池的膜层和薄膜太阳能电池。
背景技术
随着能源的日益短缺,可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注,尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。作为太阳能转换媒介的太阳能电池(光伏电池),特别是氢化非晶硅和纳米晶硅薄膜太阳能电池以其大面积、低成本、可生成在轻薄衬底上并易于铺设安装等优势代表着光伏技术的发展趋势,在商业和住宅设施中的广泛应用中显示出巨大的潜力。
图1为典型的薄膜太阳能电池结构示意图,如图1所示,薄膜太阳能电池包括透明基板100,基板100表面的透明导电氧化物(TCO)前电极102(以下简称为透明前电极);沉积于透明前电极102表面的p-i-n光电单元。p-i-n光电单元包括p层104,其材料通常为硼掺杂的非晶硅合金,例如非晶硅碳(a-SiC),非晶硅氮(a-SiN),或者非晶硅氧(a-SiO);光吸收层i层106,通常由本征的非晶硅、纳米硅、或非晶硅锗合金构成,用于将光能转换为电能;n层108,通常由磷掺杂的非晶硅或纳米硅组成。在n层108表面是另一层透明导电膜110和反光金属膜112,透明导电膜110和反光金属膜112合在一起组成背电极。此外还包括粘合层和背板等(图中未示出)。
薄膜太阳能电池性能优良的关键是优化光学吸收层并减少薄膜结构中的光损耗。通常透明前电极102的材料为氧化锡(SnO2),其对可见光(波长400-700纳米)的折射率为2,而p层104的材料(硼掺杂的宽带隙的非晶硅合金)对可见光的折射率在3.5-4.0之间,远高于透明前电极102的折射率(折射系数)。这样,当入射光200从透明前电极102进入到p层104时,入射光200会在透明前电极102和p层104之间的界面发生折射和反射,从而产生一定的光反射损耗。这种反射导致的光损耗是制约薄膜太阳能电池光电转换效率提升的主要障碍之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池的膜层和薄膜太阳能电池,能够降低光损耗,提高光电转换效率。
为达到上述目的,本发明提供了一种膜层,所述膜层位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,所述膜层的折射率为2.2~3.4。
优选地,所述膜层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
优选地,所述膜层的厚度为10纳米~200纳米。
本发明还提供了一种膜层,所述膜层位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,所述膜层包括至少一第一过渡层和至少一第二过渡层,所述第一过渡层的折射率为2.2~2.8,所述第二过渡层的折射率为2.8~3.4,入射光经透明前电极、第一过渡层、第二过渡层至p层。
优选地,所述第一过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO;所述第二过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物。
优选地,所述第一过渡层和第二过渡层的厚度为10纳米~200纳米。
本发明还提供一种薄膜太阳能电池,包括基板、透明前电极、p-i-n光电单元、背电极,所述透明前电极和p-i-n光电单元的p层之间还包括膜层,所述膜层的折射率为2.2~3.4。
优选地,所述膜层包括至少一第一过渡层和至少一第二过渡层,所述第一过渡层的折射率为2.2~2.8,所述第二过渡层的折射率为2.8~3.4,入射光经透明前电极、第一过渡层、第二过渡层至p层。
优选地,所述膜层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
优选地,所述膜层的厚度为10纳米~200纳米。
优选地,所述第一过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物;所述第二过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
优选地,所述第一过渡层和第二过渡层的厚度为10纳米~200纳米。
优选地,在所述p-i-n光电单元和所述背电极之间还至少包括一个p-i-n光电单元。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明在透明前电极和p层之间增加膜层作为过渡层,该过渡层可以是一层或多层,将过渡层的折射系数调整在2.2~3.4之间。该过渡层作为透明前电极和p层之间的界面层,能够缩小透明前电极和p层之间的折射率差,使入射光在从透明前电极进入到p层时能够最大限度地减少反射,从而降低光损耗,提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明,本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。在附图中,为清楚起见,放大了层的厚度。
图1为典型的薄膜太阳能电池结构示意图;
图2为根据本发明薄膜太阳能电池的膜层的第一实施例的示意图;
图3为根据本发明薄膜太阳能电池的膜层的第二实施例的示意图;
图4为根据本发明薄膜太阳能电池第一实施例的结构示意图;
图5为根据本发明薄膜太阳能电池第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图2为根据本发明薄膜太阳能电池的膜层的第一实施例的示意图,所述示意图只是实例,其在此不应限制本发明保护的范围。如图2所示,本发明的膜层150位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,所述膜层的折射率为2.2~3.4,膜层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO,膜层的厚度在10纳米~200纳米之间,优选在100纳米左右。上述膜层可采用物理气相沉积法,包括溅射法和热蒸发法,或者是化学气相沉积法来沉积,最均匀的沉积方法是溅射法。金属氧化物膜层的折射率(折射系数)随着薄膜中氧原子浓度的降低而提高。金属氧化物膜层的折射率可以通过改变材料中氧原子浓度来调节(例如ZnO薄膜中氧原子浓度是40%而不是“正常”的50%)。因此在沉积过程中需要降低反应气体中氧原子的浓度,例如用氩气来稀释,如本领域普通技术人员所公知的,氧原子浓度还可以通过改变溅射参数来调节,如溅射靶和基板之间的距离,溅射功率,镀膜室气压和基板温度等。形成的低氧含量金属氧化物SnOx,ZnOy,TiOz薄膜中,x和z的值要小于2,y的值要小于1。
图3为根据本发明薄膜太阳能电池的膜层的第二实施例的示意图,所述示意图只是实例,其在此不应限制本发明保护的范围。如图3所示,本发明膜层的另一个实施例,膜层160位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,并包括一个第一过渡层151和一个第二过渡层152,所述第一过渡层151的折射率为2.2~2.8,所述第二过渡层152的折射率为2.8~3.4。其中,所述第一过渡层151的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO;所述第二过渡层152的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物。所述第一过渡层151和第二过渡层152的厚度分别在10纳米~200纳米之间。
在本发明膜层的其他实施例中,第一过渡层151和第二过渡层152还可以分别包括多层,各层的折射率沿着从透明前电极到p层的方向顺序递增。多层膜层可以进一步降低入射光的反射和折射。
图4为根据本发明薄膜太阳能电池第一实施例的结构示意图,所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。如图4所示,本发明的薄膜太阳能电池包括透明基板100和基板100表面的透明前电极102;由p层104、光吸收层i层106、和n层108组成的p-i-n光电单元,以及在n层108表面的另一层透明导电膜110和反光金属膜112,在所述透明前电极102和p层104之间还包括膜层150,膜层150的折射率在2.2~3.4之间。入射光200经透明前电极102、膜层150至p层104。膜层150的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO,厚度为10纳米~200纳米。
图5为根据本发明薄膜太阳能电池第二实施例的结构示意图,所述示意图只是实例,其在此不应限制本发明保护的范围。如图5所示,本发明薄膜太阳能电池的另一实施例包括透明基板100和基板100表面的透明前电极102;由p层104、光吸收层i层106、和n层108组成的p-i-n光电单元,以及在n层108表面的另一层透明导电膜110和反光金属膜112,在所述透明前电极102和p层104之间还包括膜层160,该膜层160又包括一第一过渡层151和一第二过渡层152。所述第一过渡层151的折射率在2.2~2.8之间,所述第二过渡层152的折射率在2.8~3.4之间,入射光200经透明前电极102、第一过渡层151、第二过渡层152至p层104。第一过渡层151的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物,第二过渡层152的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。第一过渡层151和第二过渡层152的厚度分别为10纳米~200纳米。
在本发明薄膜太阳能电池的其他实施例中,第一过渡层151和第二过渡层152还可以分别包括多层,各层的折射率沿着从透明前电极102到p层104的方向顺序递增。多层膜层可以进一步降低入射光的反射。
图4和图5所示为单结薄膜太阳能电池。作为包括膜层150或160的本发明薄膜太阳能电池的其他实施例,在n层108和110背电极之间还包括至少一个p-i-n光电单元,即多结薄膜太阳能电池。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (13)
1、一种膜层,其特征在于:所述膜层位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,所述膜层的折射率为2.2~3.4。
2、如权利要求1所述的膜层,其特征在于:所述膜层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
3、如权利要求2所述的膜层,其特征在于:所述膜层的厚度为10纳米~200纳米。
4、一种膜层,其特征在于:所述膜层位于薄膜太阳能电池的透明前电极和p层之间,所述膜层包括至少一第一过渡层和至少一第二过渡层,所述第一过渡层的折射率为2.2~2.8,所述第二过渡层的折射率为2.8~3.4,入射光经透明前电极、第一过渡层、第二过渡层至p层。
5、如权利要求4所述的膜层,其特征在于:所述第一过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO;所述第二过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物。
6、如权利要求5所述的膜层,其特征在于:所述第一过渡层和第二过渡层的厚度为10纳米~200纳米。
7、一种薄膜太阳能电池,包括基板、透明前电极、p-i-n光电单元、背电极,其特征在于:所述透明前电极和p-i-n光电单元的p层之间还包括膜层,所述膜层的折射率为2.2~3.4。
8、如权利要求7所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:所述膜层包括至少一第一过渡层和至少一第二过渡层,所述第一过渡层的折射率为2.2~2.8,所述第二过渡层的折射率为2.8~3.4,入射光经透明前电极、第一过渡层、第二过渡层至p层。
9、如权利要求7所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:所述膜层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
10、如权利要求9所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:所述膜层的厚度为10纳米~200纳米。
11、如权利要求8所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:所述第一过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物;所述第二过渡层的材料包括氧化锡、氧化钛、氧化锌或铟锡氧化物ITO。
12、如权利要求11所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:所述第一过渡层和第二过渡层的厚度为10纳米~200纳米。
13、如权利要求7所述的薄膜太阳能电池,其特征在于:在所述p-i-n光电单元和所述背电极之间还至少包括一个p-i-n光电单元。
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