CN101719520A - 透明导电极薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括透明基片，在透明基片的一侧设有第一透明导电极，在第一透明导电极上方设有光电转换单元，在光电转换单元上方设有第二透明导电极。本发明所采用的透明基片和导电极，极大地提高太阳能电池对太阳能的利用率及转换效率。其中共用透明基片的薄膜光电转换单元，各光电转换单元的前后电极皆为宽带隙的透明电极。本发明成倍提高了太阳能电池的受光面，同时，由于上下两个光电转换单元的相互作用，在很大程度上提高了其转化效率。这种结构的变化可以使太阳能电池水平安装发电量增大10％，竖直安装发电量增大34％。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池领域，尤其是一种透明衬底的透明导电极薄膜太阳能电池。
背景技术
光伏产业将有希望解决我们现在存在的能源与环境问题。而达到这一目标对太阳能发电的要求是平价上网。落实到太阳能电池的生产上，就是需要更低的成本和更高的转化效率。薄膜太阳能电池因为较低的成本在太阳能电池的发展中较占优势，然而，较低的转化效率仍然是制约其作为社会发展主力能源的主要因素。
为了提高薄膜太阳能电池的转化效率，业界进行了大量的技术创新，如发明专利号为200720172723.5的《一种叠层太阳能电池》，通过改变传统的串联的叠层光电转换单元结构、在中间加透明电极的方式使之变成并联，解决了子电流匹配的问题。提高了太阳能电池的输出功率。然而，对于薄膜电池转化效率的提高，仍然没有太大贡献。现有技术中，还有的把CIGS叠层太阳能电池的两个单元单纯做成带隙为1.0ev.和1.7ev的两层，然后机械叠加，这样大大削弱了CIGS太阳能电池渐近式梯度带隙的优势，尤其漏掉了CIGS材料对光谱吸收的最佳带隙范围，这样将使制得的太阳能电池实际的转化效率大幅度降低，而不是提高。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种双透明导电极薄膜太阳能电池。
技术方案：本发明公开了一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括透明基片，在透明基片的一侧设有第一透明导电极，在第一透明导电极上方设有光电转换单元，在光电转换单元上方设有第二透明导电极。
本发明中，优选地，所述透明基片的另一侧逐层依次设有第三透明导电极，光电转换单元以及第四透明导电极。
本发明中，进一步优选地，所述第三透明导电极和第四透明导电极为FTO(二氧化锡)膜、ITO(氧化铟锡)膜或者ZAO(氧化锌铝)膜中的任意一种。
本发明中，优选地，所述第一透明导电极和第二透明导电极为FTO(二氧化锡)膜、ITO(氧化铟锡)膜或者ZAO(氧化锌铝)膜中的任意一种。
本发明中，优选地，所述光电转换单元为单结或多结结构。
本发明中，进一步优选地，所述光电转换单元为硅系薄膜电池、CIS、CIGS、砷化镓、碲化镉中的任意一种。光电转换单元具体可以为两结构完全相同的非晶硅单结、非晶硅叠层、非晶硅/微晶硅叠层、非晶硅/非晶硅锗叠层、微晶硅单结、微晶硅叠层、纳米硅、CIS或CIGS单结、CIS或CIGS叠层、碲化镉单结、碲化镉叠层、砷化镓单结、砷化镓叠层、混合薄膜光电转换结等。此种结构基片两侧工艺可以完全相同，有利于同时制备，同时，基片两侧选用不同光电转换单元时，也可以分别制备。
本发明中，优选地，所述透明基片由为玻璃、高分子材料、塑料中的任意一种制成。
本发明通过对薄膜太阳能电池结构的改变，扩展单位面积上太阳能电池的受光面积，提高太阳能电池转化效率的同时，大幅度增加太阳能电池单位面积上的发电效率。同时，本发明突出了薄膜太阳能电池透光性的特点，使其可以不进行去除有效发电面积增加透光率的工序直接用做玻璃幕墙材料，在节省加工成本增加有效发电面积的同时，还能进一步利用建筑内的灯光，发挥薄膜太阳能电池的弱光效应优势，增加发电效率。针对于CIGS太阳能电池(太阳能薄膜电池Cu(InGa)Se2)，本发明可以解决Mo衬底与CIGS之间附着力不好，影响收集电流的问题，在不改变发电单元结构的情况下，可以进一步增加其发电效率。同时，对于一般的叠层太阳能电池，做到双结或者三结以后，再增加结数对提高转化效率的意义不是太大，但是对于本发明来说，由于上下两个太阳能电池是既独立又相互有联系的存在，因此，上下两个结可以分别做成叠层，同时对太阳能电池的转化效率有突出贡献，形成实际意义上的四结或者六结太阳能电池。
本发明中电池的受光面为双面，光线可以通过正面受光的太阳能电池的窗口层进入正面的太阳能电池转换单元，也可以通过背面的窗口层进入背面的太阳能电池转换单元，太阳能电池的受光面积增大了一倍，由于薄膜太阳能电池具有良好的弱光性，背面电池受光同样会有很好的发电效率。同时，当正面入射的光线没有被吸收的入射到衬底时，一部分被反射，由正面的吸收单元再次吸收，没有吸收的由正面窗口层透出。另一部分折射入背面的太阳能电池转换单元之中，由背面的吸收单元再次吸收，没有吸收的由背面窗口层透出。由背面入射的光线，同样经过背面光电转换层的吸收后，剩余光线在衬底处部分反射再次由背面光电转换层吸收，折射部分射入正面，由正面光电转换层吸收。
有益成果：本发明所公开的一种透明导电极薄膜太阳能电池，针对传统薄膜太阳能电池采用不透明的基片以及不透明的金属导电极的缺陷，采用了透明基片和导电极，极大提高太阳能电池对太阳能的利用率及转换效率。其中共用透明基片的薄膜光电转换单元，各光电转换单元的前后电极皆为宽带隙的透明电极。本发明成倍提高了太阳能电池的受光面，同时，由于上下两个光电转换单元的相互作用，在很大程度上提高了其转化效率。这种结构的变化可以使水平安装的太阳能电池发电量增大10％，竖直安装发电量增大34％。同时，体现了薄膜电池的透光性，更适于光伏建筑一体化。这种双面电池用在玻璃幕墙上，晚上可以充分利用室内光线，发挥薄膜电池的弱光效应，使其发电量在前面的基础上再提高10％。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明功能结构示意图。
图2为本发明实施例1采用CIGS结构示意图。
图3为本发明实施例2的非晶硅\微晶硅叠层或非晶硅\非晶硅锗叠层结构示意图。
图4为本发明的实施例3的非晶硅\微晶硅\非晶硅锗三结叠层结构示意图。
图5为本发明的实施例4的CdTe太阳能电池机构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，本发明公开了一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括透明基片1，在透明基片1的一侧设有第一透明导电极2，在第一透明导电极2上方设有光电转换单元3，在光电转换单元3上方设有第二透明导电极4。所述透明基片1的另一侧设有第三透明导电极5，在第三透明导电极5下方设有光电转换单元3，在光电转换单元3下方有第四透明导电极6。所述第一透明导电极、第二透明导电极、第三透明导电极和第四透明导电极为ZAO(氧化锌铝)膜，也可以为FTO(二氧化锡)膜或者ITO(氧化铟锡)膜或者其中的任意一种。所述光电转换单元为单结结构，当然也可以根据具体使用情况设置为多结结构。所述光电转换单元为硅系薄膜电池、CIS、CIGS、砷化镓、碲化镉中的任意一种。所述透明基片由玻璃、高分子材料、塑料中的任意一种制成。采用CIS与采用CIGS结构相同。
本发明中，基片两侧的引出电极分别引出，当基片为大面积时，两侧的电池可以采用内联结构和外联结构中的一种。两侧面视要求高电压或者大电流采用串联或者并联。引出电极为银电极或者铝电极，采用印刷或者蒸镀制备。基片两侧的双透明导电极太阳能电池，可以是直接制备到基片上，也可以是先单独制备，再共同粘结到基片上的。
实施例1：
如图2所示，本发明公开了一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括玻璃制成的透明基片1，在透明基片1的一侧设有钠钙玻璃镀ZAO(氧化锌铝)膜制成的第一透明导电极2，在第一透明导电极2上方设有光电转换单元3。在光电转换单元3上方设有钠钙玻璃镀ZAO(氧化锌铝)膜制成的第二透明导电极4。所述透明基片1的另一侧设有钠钙玻璃镀ZAO(氧化锌铝)膜制成的第三透明导电极5，在第三透明导电极5下方设有光电转换单元3，在光电转换单元3下方设有钠钙玻璃镀ZAO(氧化锌铝)膜制成的第四透明导电极6。所述光电转换单元3由依次叠加设置的CIGS薄膜9、ZnS缓冲层7以及ZnO本征层8构成的单结结构。
如果是两结结构，则重复设置CIGS薄膜9、ZnS缓冲层7以及ZnO本征层8，如果是多结结构，以此类推。
本实施例中的透明导电极薄膜太阳能电池制作工艺如下：1)利用双面立式溅射连续线对选择的经过清洁处理合格的钠钙玻璃镀ZAO(氧化锌铝)膜，每面膜厚约0.7μ，透光率为85％，面电阻＜5Ω/□。2)采用CIGS(铜铟镓硒电池片加工工艺)靶对基片镀CIGS膜层，要求每面的CIGS太阳能电池都要形成受光面宽带隙，背光面窄带隙的梯度能带结构。其中接近窗口层宽带隙为1.7ev，接近基片处窄带隙为1.0ev，CIGS厚度为1.5μ，CIGS的电阻率比ZAO(氧化锌铝)的电阻要高上好几个数量级，足以保证形成良好欧姆接触。3)对CIGS层进行硒处理，优化CIGS晶相结构到理想状态。4)将基片放入ZnS+i:ZnO+ZAO(氧化锌铝)连续溅镀生产线，分别镀出厚度为70nm、60nm、0.7μ的ZnS、ZnO、ZAO(氧化锌铝)膜层。5)分别在ZAO(氧化锌铝)膜上印刷铝电极，从上下两面分别引出正负电极。此种结构形成的太阳能电池，其光电转化效率相比单一相同结构、采用背反射电极的太阳能电池板，其发电效率可提高20-40％。若采用镜面反射，使背面与正面受光能量相似，则可超过50％。
本发明大大增加了太阳能电池的受光面积，通常水平安装发电效率可提高10％，垂直安装可以提高34％，如果考虑采用镜面反射等方式使背面受光，发电效率可以更高一些。另外，这种双面电池用做玻璃幕墙，晚上可以充分利用室内光线，利用薄膜电池的弱光效应，将发电效率在前面的基础上再提高10％。
本发明中的双面透明电池，因为没有不透明背电极的全反射，其透光性很好，可以直接用于玻璃幕墙，不必牺牲部分面积来保证幕墙的透光性。既节省了打掉部分膜层或者将太阳能电池切割成条再做成组件的工序，节约了成本，又增大了有效利用面积，增加了发电效率。
本发明等效于单面叠层太阳能电池，同时解决了串联多结电池电流不匹配的问题，提高了发电的利用效率。
本发明可以形成上下两层均为双结叠层或者三结叠层的光电转换单元，由于增加了受光面积，上下既可以看成是各自独立工作的电池，又可看做是各个电池的叠层部分。不仅增加了太阳能电池的受光面，也增加了每一面的发电效率。通常单面的太阳能电池因为结数的增加跟转化效率的提高率成反比，考虑到成本跟收益的关系，只可做二到三结。
本发明中的双面太阳能电池，可以在组件安装时通过低成本的镜面反射或折射让背面也受到与受光面一样强度的光，与正面有一样的转化效率，可以进一步降低单位电能的成本。
实施例2：
本实施例公开了另一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括塑料制成的透明基片1，在透明基片1的一侧设有FTO(二氧化锡)膜制成的第一透明导电极2，在第一透明导电极2上方设有光电转换单元3。在光电转换单元3上方设有FTO(二氧化锡)膜制成的第二透明导电极4。所述透明基片1的另一侧设有FTO(二氧化锡)膜制成的第三透明导电极5，在第三透明导电极5上方设有光电转换单元3，在光电转换单元3上方设有FTO(二氧化锡)膜制成的第四透明导电极6。所述光电转换单元3由依次叠加的非晶硅PIN结11/微晶硅PIN结10或者非晶硅PIN结11/非晶锗硅PIN结10构成的双结叠层结构。本实施例中的透明导电极薄膜太阳能电池可以采用与实施例1相同的工艺制造，也可以采用本领域通用的其他工艺实现。
实施例3：
本实施例公开了又一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括高分子材料制成的透明基片1，在透明基片1的一侧设有ITO(氧化铟锡)膜制成的第一透明导电极2，在第一透明导电极2上方设有光电转换单元3。在光电转换单元3上方设有ITO(氧化铟锡)膜制成的第二透明导电极4。所述透明基片1的另一侧设有ITO(氧化铟锡)膜制成的第三透明导电极5，在第三透明导电极5上方设有光电转换单元3，在光电转换单元3上方设有ITO(氧化铟锡)膜制成的第四透明导电极6。所述光电转换单元3由依次叠加设置的非晶锗硅(a-GeSi)PIN结12、微晶硅(μC-Si)PIN结10、非晶硅(a-Si)PIN结11构成的单结结构。本实施例中的透明导电极薄膜太阳能电池可以采用与实施例1相同的工艺制造，也可以采用本领域通用的其他工艺实现。
实施例4：
本实施例公开了又一种透明导电极薄膜太阳能电池，包括高分子材料制成的透明基片1，在透明基片1的一侧设有TCO(透明导电氧化物膜，包括ZAO、ITO、FTO等)膜制成的第一透明导电极2，在第一透明导电极2上方设有光电转换单元3。在光电转换单元3上方设有TCO膜制成的第二透明导电极4。所述透明基片1的另一侧设有TCO膜制成的第三透明导电极5，在第三透明导电极5上方设有光电转换单元3，在光电转换单元3上方设有TCO膜制成的第四透明导电极6。所述光电转换单元3由依次叠加设置的硫化镉(CdS)膜13、碲化镉(CdTe)膜14、缓冲层15构成的单结结构。本实施例中的透明导电极薄膜太阳能电池可以采用与实施例1相同的工艺制造，也可以采用本领域通用的其他工艺实现。
本发明提供了一种双透明导电极薄膜太阳能电池的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，包括透明基片，在透明基片的一侧设有第一透明导电极，在第一透明导电极上方设有光电转换单元，在光电转换单元上方设有第二透明导电极。
2.根据权利要求1所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明基片的另一侧逐层依次设有第三透明导电极，光电转换单元以及第四透明导电极。
3.根据权利要求2所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第三透明导电极和第四透明导电极为FTO膜、ITO膜或者ZAO膜中的任意一种。
4.根据权利要求1或2或3所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一透明导电极和第二透明导电极为FTO膜、ITO膜或者ZAO膜中的任意一种。
5.根据权利要求1或2或3所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述光电转换单元为单结或多结结构。
6.根据权利要求5所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述光电转换单元包括硅系薄膜、CIS膜、CIGS膜、碲化镉膜中的任意一种。
7.根据权利要求1或2或3所述的透明导电极薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明基片由玻璃、高分子材料、塑料中的任意一种制成。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103021822A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 光洋应用材料科技股份有限公司 | 利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法 |
| CN112216759A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-12 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种三端双面叠层太阳电池及其制备工艺 |
-
2009
- 2009-11-03 CN CN 200910213346 patent/CN101719520A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103021822A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 光洋应用材料科技股份有限公司 | 利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法 |
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| CN102306666B (zh) * | 2011-09-28 | 2013-04-24 | 中国建材国际工程集团有限公司 | 一种具有梯度能带的铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法 |
| CN112216759A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-12 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种三端双面叠层太阳电池及其制备工艺 |
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