CN101345264A - 一种纳米薄膜太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种纳米薄膜太阳能电池，涉及化合物纳米薄膜的制备与电池结构设计，本发明的特点是以P型Zn2P3薄膜为吸收层，以N型硫化锌(ZnS)为窗口层。本发明使用与太阳光能谱相匹配的直接带隙材料Zn2P3作为吸收层，具有光电转换效率高、工艺简便，价格低廉等特点。

Description

一种纳米薄膜太阳能电池
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，尤其是基于一种纳米薄膜太阳能电池。
背景技术：
第一代太阳能电池主要是基于硅晶片，采用单晶硅和多晶硅及GaAs材料制作。其技术已发展成熟，但高昂的材料成本在全部生产成本中占据主导地位。要真正达到大规模利用太阳能电池的目标，降低材料的成本就成为降低光伏电池成本的主要手段。以至于使得人们不惜以牺牲电池的转换效率为代价来开发薄膜电池。第二代太阳能电池是基于薄膜技术的一种太阳能电池。构成薄膜太阳能电池的材料有很多种，主要包括多晶硅、非晶硅、碲化镉以及铜铟硒，其中以多晶硅薄膜太阳能电池性能最优。目前，化合物半导体薄膜太阳能电池的主要类型有CdS系太阳能电池、CdTe系太阳能电池、CuInSe2系列太阳能电池、CdS/CuInSe2太阳能电池、GaAs系列太阳能电池和InP系列太阳能电池。上述电池中，尽管CdS、CdTe多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。
CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，地球上的含量有限，因此，这类电池的发展又必然受到限制。第三代太阳能电池是21世纪以来的主要发展方向，主要本着以提高光电转换效率和降低生产成本为根本目标进行研发。实验证明，用无毒的直接带隙纳米材料作为薄膜太阳能电池的吸收层能大大提高电池的转换效率，此种太阳能电池避免了太阳能电池失效废弃后对环境的污染，并且材料来源广泛生产成本低廉，实为太阳能电池领域的一支新军。
发明内容：
本发明的目的就是提供不含污染环境的一种纳米薄膜太阳能电池，从而提高太阳能电池工作效率，降低生产成本，本发明提出一种薄膜太阳能电池的制造方法，首先在基底上形成第一层导电电极层然后依次在第一层导电电极层上形成一层光吸收层、缓冲层、窗口层、形成导电电极层及减反射层。
首先本发明中太阳能电池的基底的材质可以是玻璃、陶瓷或者不锈钢等。在基底表面用溅射方法沉积第一导电电极层，第一导电电极层的材质例如是铝或钼或铜等金属也可以是其两种材料的合金镀层，其厚度依电池输出电流需求可以是介于0.1～2.0μm之间。
纳米薄膜太阳能电池光吸收层的制备，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法，所述的吸收层材质为Zn2P3的P型化合物薄膜；形成的光吸收层其特征是其粒径是由1～50nm之间纳米粒子组成。
纳米薄膜太阳能电池缓冲层的制备，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法(步骤120)，纳米薄膜太阳能电池缓冲层金属化合物是Zn0其特征是其粒径是1～50nm之间纳米粒子组成。
纳米薄膜太阳能电池窗口层的制备，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法，纳米薄膜太阳能电池窗口层金属化合物是Zn S其特征是其粒径是1～50nm之间纳米粒子组成。
然后在窗口层上依次形成导电电极层及减反射层，导电电极层其形成方式可以是磁控溅射法，其材质例如是锡锌氧化物或者锌铝氧化物等。
因本发明使用与太阳光能谱相匹配的直接带隙材料Zn2P3作为吸收层，具有光电转换效率高、工艺简便，价格低廉等特点。
附图说明：
图1为本发明一实施例的一种纳米薄膜太阳能电池的制造流程图。
100、110、120、130、140：步骤
具体实施方式
请参阅图1，其系为本发明一实施例的一种纳米薄膜太阳能电池的制造流程图。
请参阅图1，下面对照图1详细说明薄膜太阳能电池的结构与制造方法，本发明提出一种纳米薄膜太阳能电池，首先本发明中太阳能电池的基底的材质可以是玻璃、陶瓷或者不锈钢等。在基底表面用溅射方法沉积第一导电电极层(步骤100)，第一导电电极层的材质例如是铝或钼或铜等金属也可以是其两种材料的合金镀层，其厚度依电池输出电流需求可以是介于0.1～2.0μm之间。
纳米薄膜太阳能电池的光吸收层，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法(步骤110)，所述的吸收层材质为Zn2P3的P型化合物薄膜；形成的光吸收层其特征是其粒径是由1～50nm之间纳米粒子组成。
纳米薄膜太阳能电池缓冲层，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法(步骤120)，纳米薄膜太阳能电池缓冲层金属化合物是ZnO，其特征是其粒径是1～50nm之间纳米粒子组成。
纳米薄膜太阳能电池的窗口层，其形成方式可以是磁控溅射法，也可以蒸镀法(步骤130)，纳米薄膜太阳能电池窗口层金属化合物是Zn S其特征是其粒径是1～50nm之间纳米粒子组成。
然后在窗口层上依次形成导电电极层及减反射层(步骤140)，导电电极层其形成方式可以是磁控溅射法，其材质例如是锡锌氧化物或者锌铝氧化物等。
为提高太阳能电池的光吸收效率，达到较高的转化效率，还要在太阳能电池的上表面沉积一层减反射膜层，减反射膜层其材质例如是金属化合物或有机介电材料或无机介电材料的一种。
这样，就可以制作出高光电转化效率的一种纳米薄膜太阳能电池。

Claims (5)

1.一种纳米薄膜太阳能电池，其特征在于其包括：在基底板上依次叠层导电电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电电极层和减反射层。
2.根据权利要求1所述的纳米薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的吸收层为Zn2P3的P型化合物薄膜。
3.根据权利要求1所述的纳米薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的窗口层金属化合物是ZnS。
4.根据权利要求1所述的纳米薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的缓冲层金属化合物是ZnO。
5.根据权利要求1所述的纳米薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的吸收层的纳米粒子的粒径介于1～50nm之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104396021A (zh) * 2012-01-31 2015-03-04 陶氏环球技术有限责任公司 包括改进的磷属元素化物半导体膜的光伏器件的制造方法
CN110931591A (zh) * 2018-08-30 2020-03-27 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 一种薄膜太阳能电池的制备方法及其制备装置

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