CN101820011A - 一种肖特基薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肖特基薄膜太阳能电池，包括玻璃基板，玻璃基板上为过渡层，过渡层上为金半结金属层作为背电极，金半结金属层上为晶体硅层，晶体硅层上为TCO薄膜层作为前电极。本发明所公开的一种肖特基薄膜太阳能电池，针对传统薄膜太阳能电池或晶体硅太阳能电池要么转化效率低、要么成本太高、要么工艺复杂的缺陷。采用了全新的结构、全新理论基础、新型工艺流程，提高太阳能电池对太阳能电池的转换效率和降低太阳能电池的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池，尤其是一种高光电转化效率，成本低，制做工艺简单的一种肖特基薄膜太阳能电池。
背景技术
前主要的太阳能电池制造技术有晶体硅太阳能电池，硅基薄膜太阳能电池、CIGS等太阳能电池，不过他们无一例外的都是基于PN结结构上的太阳能电池，主要原理是利用PN结的内建电场，使光照产生的电子空穴对分离，从而形成“过剩”非平衡载流子，其优点是结构简单，原材料丰富，基本上可以说是取之不尽，制程简单容易产业化，由于这几个原因使其成为太阳能电池的主流，但是现有的薄膜太阳能电池或多或少的存在一些不足。
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，提供一种肖特基薄膜太阳能电池，实现薄膜太阳能电池转化效率的大幅度提度和成本的极大降低。
技术方案：本发明公开了一种肖特基薄膜太阳能电池，包括玻璃基板，玻璃基板上为过渡层，过渡层上为金半结金属层既作为背电极又作为金半结中金属层，金半结金属层上为晶体硅层，晶体硅层上为TCO薄膜层作为前电极。
本发明中，优选地，所述过渡层为二氧化硅。
本发明中，优选地，所述晶体硅层为n型硅层，所述金半结金属层材料为铝或金或钨。
本发明中，优选地，所述金半结金属层是厚度为0.1～0.5um的铝层。
本发明中，优选地另一个方案，所述晶体硅层为p型硅层，所述金半结金属层材料为GaAs。
本发明中，优选地，所述晶体硅层厚度为0.5～1.5um。
本发明中，优选地，所述过渡层厚度为20～100nm。
本发明中，优选地，所述晶体硅层与TCO薄膜层之间设有PIN结构硅基薄膜层。
本发明的薄膜太阳能电池与现在主流的太阳能电池不一样的是，本发明所公开的太阳能电池结构采用的是金属与半导体接触形成肖特基结构，本发明的所依基本理论为金属与半导体接触，会形成一个势垒高度，在吸收太阳能的情况下，电子将越过势垒成为一个发电装置既太阳能电池，所用材料为金属和硅材料，可以说原材料丰富，所用工艺制程和薄膜类似，所以工艺制造简单容易产业化，由于用的是多子导电使其转化效率有可能达到一个新的层面，可以直接解决现有的薄膜太阳能电池的转化效率低或是制程复杂、材料缺乏或有毒的不足。
有益效果：本发明所公开的一种肖特基薄膜太阳能电池，针对传统薄膜太阳能电池或晶体硅太阳能电池要么转化效率低、要么成本太高、要么工艺复杂的缺陷。采用了全新的结构、全新理论基础、新型工艺流程，提高太阳能电池对太阳能电池的转换效率和降低太阳能电池的制作成本。
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至图3为本发明原理示意图。
图4至图9为本发明所述肖特基薄膜太阳能电池制作工艺流程图。
图10为本发明一种实施例结构示意图。
图11为本发明另一种实施例结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
如图10所示，本实施例公开了一种肖特基薄膜太阳能电池，包括超白玻璃基板1，玻璃基板1上为二氧化硅过渡层2，过渡层上为金半结金属铝层3既作为背电极又作为金半结中金属层，金半结金属铝层3上为n型晶体硅层4，n型晶体硅层4上为TCO薄膜层5作为前电极。金属铝层厚度为0.1um。6、根据权利要求3或5所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述n型晶体硅层厚度为0.5um。所述二氧化硅过渡层2厚度为20nm。
本实施例具体制做流程为，如图4在玻璃基板上先采用PECVD等镀膜方法镀上一层过渡程，此层厚底很薄在图里没表示出来，其膜厚处在20～100nm最佳厚度为60nm，作用是起到承上启下的作用，需满足与玻璃和金属都具有良好的附着性功能，这里采用二氧化硅。此处金属可以有很多种类铝、金、钨等，此处采用铝做解释，实现上据研究表明虽然不同的金属，功涵数相差很大，而势垒高度却相差不多，本实施例选择较便宜的金属铝，接着采用PVD磁控溅射方式溅射一层铝层，些层膜厚越薄越好不过一般情况下很难做到太薄，在0.1～0.5um。
如图5所示，该示意图主要是第一次激光划线后的效果图，激光划线的作用等同于薄膜激光划线的作用是将整版分成若干块，作为若干个单体电池的电极，值得一说的是这里的铝既是作为背电极之用，又能起到金半结效果的作用。
图6所示为溅射晶体硅后的示意图，所用的靶材为单晶靶材，这道工序也是此电池质量好坏的关键，厚度要恰当，可以略厚，一般情况下有0.5～1.5um既可，最好选择在1um既不会浪费材料也可以使光得到充分的吸收，同时由于需要有适当的势垒高度，这一步完之后需进行掺杂，掺杂方式较多此处无法一一例出，一般情况下可以用到扩散，激光掺杂，注入等，此处建议用注入掺杂的形式，注入可以精确地控制掺杂浓度，所以完全可以实现定量、定度的掺杂，以获得恰当的浓度，在获得恰当的浓度后会与金属在界面处形成一偏压，注入后其方块电阻处在18～25Л/□。
图7为激光划线2后的示意图，目的是让背电极金属铝通过与前电极相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。
图8为PVD溅射前电极示意图，此电极要求透高率要高采用透明导电氧化物薄膜TCO，具体为ITO(纳米铟锡金属氧化物)，ZnO或者SnO2中任意一种。
图9是激光划线3后的示意图将整个TCO膜分成若干个单体电池的前电极，进而实现整板若干个电池的内部串联。至此前道工序就完成了，其结构示意图如图10。
金属与半导体接触有两种情况，一种是形成欧姆接触，一种是形成肖特基接触。所谓的肖特基接触是两者接触会具有一个大的势垒高度，以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属与半导体金属。本实施例利用肖特基接触，形成这种接触的方法有两种，一种是金属与N型半导体接触，另一种是金属与P型半导体接触，本实施例所公开的技术采用第一种方式，其示意图如图1，其未接触的能带结构图如图2，其满足功涵数Wm＞Ws，其中En为N型半导体费米能级，Ec、Ev分别为导带和价带，当两者理想接触后其能带示意图如图3，即在半导体表面形成一个正的空间电荷区，其中电场方向由体内指向表面，使半导体表面电子的能量高于体内，能带向上弯曲，既形成表面势垒，此势垒就是肖特基势垒。当在光照的条件下，N型硅将吸收太阳能能量，产生电子空穴对，电子空穴对在此势垒的作用下将分别向两极移动，就构成了发电单元，此发电单元的特点是结构简单，制程容易实现，材料丰富，光电转化效率高，无毒，无污染。
本实施例制程简单，工艺成熟，所用的工艺为PVD磁控溅射，扩散，激光划线，清洗等已经较为成熟的工艺，容易实现，较化效率高，由于采用金属与半导体直接接触，金属具有良好的导电性，在金半结附近产生的的电子空穴对可以得到很好的分离及吸收，实现高效转化。
实施例2
如图11，本实施例中，所述晶体硅层与TCO薄膜层之间设有硅基薄膜PIN结6，该硅基薄膜PN结6可以采用本领域常规工艺制造。
本实施例中与现有的硅薄膜组合使用，其结构从下到上为玻璃衬底，其上为二氧化硅过渡层，接着为金属钨层，接着为N型硅，接着是现在成熟的PIN结构硅基薄膜层，其制作步骤如下：
一、选用超白玻璃为衬底，在其上采用PECVD镀上一层二氧化硅，厚度为60nm。
二、PVD(Physical Vapor Deposition)，溅射一层钨层，厚度在0.1～0.5um既可，此层既作为背电极之用又与上面的N型硅构成金半结接触。
三、PVD测射单晶耗材，形成厚度为1um左右的多晶硅。
四、采用PECVD现有的技术依次镀上N层非晶硅，I层非晶硅，P层非晶硅，构成非晶硅薄膜PIN结构。
五、溅射TCO层，制作前电极。
本实施例未提及的部分与实施例1相同。
本实施例中可以加一道TCO的激光制绒，可以有效地增加此电池的吸收光程。
本发明所公开的一种肖特基薄膜太阳能电池，所基于的理论基础是金属与掺杂半导体接触时所产生的肖特基接触，此时界面处产生偏压，在光照的情况下，此偏压会分开，由光照所产生的电子空穴对，从而获得电流的效果，在大流电池的串并联的情况下就可以组成一个具有适当电流电压的太阳能发电装置，此电池的优点是结构简单，与PN结类似，此处为金半结，材料充足，本电池所用的材料都为普通材料，地球储含量丰富，基本上无需考虑材料来源问题，且所用材料无毒、无污染，制程简单，工艺成熟，所用的工艺为PVD磁控溅射，扩散，激光划线，清洗等已经较为成熟的工艺，容易实现，较化效率高，由于采用金属与半导体直接接触，金属具有良好的导电性，在金半结附近产生的的电子空穴对可以得到很好的分离及吸收，实现高效转化。
本发明提供了一种肖特基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 (9)
1.一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，包括基板，基板上为过渡层，过渡层上为金半结金属层既作为背电极又作为金半结中金属层，金半结金属层上为晶体硅层，晶体硅层上为TCO薄膜层作为前电极。
2.根据权利要求1所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述过渡层为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅层为n型硅层，所述金半结金属层材料为铝或金或钨。
4.根据权利要求3所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金半结金属层是厚度为0.1～0.5um的铝层。
5.根据权利要求1所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅层为p型硅层，所述金半结金属层材料为GaAs。
6.根据权利要求3或5所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅层厚度为0.5～1.5um。
7.根据权利要求1或2所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述过渡层厚度为20～100nm。
8.根据权利要求1或2所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅层与TCO薄膜层之间设有PIN结构硅基薄膜层。
9.根据权利要求1或2所述的一种肖特基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基板材质为玻璃或者不锈钢。
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