CN101908569B - 一种太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池，其结构为：衬底层/背电极层/P +层/P型铜铟镓硒薄膜层/N型铜铟镓硒缓冲层/N +层/P型非晶硅层/I型非晶硅层/N型非晶硅层/TCO层。本发明薄膜太阳能电池的非晶硅P-I-N结层厚度设计合理，近红外光谱能量能够被铜铟镓硒P-N结层充分吸收，因此本发明提供的薄膜太阳能电池的功率大大提高。另外，加设P +层和N +层，增强了载体在光伏组件中的漂流速度与流通量，提高了薄膜太阳能电池的功率。本发明提供的薄膜太阳能电池所产生的功率较目前同类型双结层结构的薄膜太阳能电池平均高出约1.5%。本发明提供的薄膜太阳能电池还具有可靠性高和制造价格低等优点。

Description

一种太阳能电池
技术领域
 本发明属于光伏太阳电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池。
背景技术
CIGS是铜铟镓硒太阳能电池的缩写，由CIGS和a-Si薄膜电池组成的串联电池由于具有效率高、生产过程易于操作和改进等优点，从开始出现就引起了人们的极大关注。在公开号为6368892的美国专利中公开了一种CIGS和a-Si薄膜电池串联组成的多结太阳电池，其结构为：衬底层/背电极层/CIS（或CIGS）层/n型导电层/P-I-N结层/前电极层。但是现有a-Si/CIGS串联多结层太阳能电池的模组设计还不够合理，其目前的光电转换效率只有10%左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效率、低成本的太阳能电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池，包括衬底层、设置在衬底层上的背电极层、TCO层和设置在背电极层与TCO层之间的太阳能电池模组，所述太阳能电池模组包括一个铜铟镓硒P-N结层和一个非晶硅P-I-N结层，所述铜铟镓硒P-N结层的P型铜铟镓硒薄膜层与所述背电极层之间设置有重掺杂的P+层，所述铜铟镓硒P-N结层的N型铜铟镓硒缓冲层与所述非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层之间设置有重掺杂的N+层，所述非晶硅P-I-N结层的N型非晶硅层与所述TCO层相邻设置，该太阳能电池的结构为：衬底层/背电极层/P+层/P型铜铟镓硒薄膜层/N型铜铟镓硒缓冲层/N+层/P型非晶硅层/I型非晶硅层/N型非晶硅层/TCO层。
进一步地，N型铜铟镓硒缓冲层与N+层之间设置有导电层。
导电层为n-ZnO:Al层，n-ZnO:Al层的厚度为50nm～150nm。
非晶硅P-I-N结层的厚度为100nm～360nm。
非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层、I型非晶硅层和N型非晶硅层的厚度比为：P型非晶硅层:I型非晶硅层:N型非晶硅层=（1～2）:（10～15）:（2～4）。
重掺杂的P+层的厚度为5nm～50nm。
重掺杂的P+层中电荷载子的密度为1020 g /cm3～1021 g /cm3。
重掺杂的N+层的厚度为5nm～50nm。
重掺杂的N+层中电荷载子的密度为1021 g /cm3～1022 g /cm3。
铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层的厚度为1.0um～2.5um。
铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层的厚度为50nm～200nm。
铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层的材料为ZnS、ZnSe或ZnIn2Se3。
    本发明薄膜太阳能电池的非晶硅P-I-N结层厚度设计合理，近红外光谱能量能够被铜铟镓硒P-N结层充分吸收，因此本发明提供的薄膜太阳能电池的功率大大提高。另外，在铜铟镓硒P-N结层的P型铜铟镓硒薄膜层与背电极层之间设置有重掺杂的P+层，在铜铟镓硒P-N结层的N型铜铟镓硒缓冲层与非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层之间设置有重掺杂的N+层，增强了载体在光伏组件中的漂流速度与流通量，提高了薄膜太阳能电池的功率。本发明提供的薄膜太阳能电池所产生的功率较目前同类型双结层结构的薄膜太阳能电池平均高出约1.5%，转换效率可达到11.5%以上。本发明提供的薄膜太阳能电池还具有可靠性高和制造价格低等优点。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为本发明另一种实施例的结构示意图；
图3为实施例1的能量频带曲线图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明一种实施例的太阳能电池，该太阳能电池的结构为：玻璃衬底层11/Mo背电极层10/P+层9/P型铜铟镓硒薄膜层8/N型铜铟镓硒缓冲层7/N+层6/P型非晶硅层5/I型非晶硅层4/N型非晶硅层3/ZnO:Al层2/前玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO:Al层2、N型非晶硅层3、I型非晶硅层4、P型非晶硅层5、N+层6、N型铜铟镓硒缓冲层7、P型铜铟镓硒薄膜层8，之后被P+层9完全吸收。
其中，非晶硅P-I-N结层的厚度为100nm。非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层5、I型非晶硅层4和N型非晶硅层3的厚度比为：P型非晶硅层5:I型非晶硅层4:N型非晶硅层3=1:10:4。重掺杂的P+层9的厚度为10nm，重掺杂的P+层9中电荷载子的密度为1020 g/cm3。重掺杂的N+层6的厚度为5nm，重掺杂的N+层6中电荷载子的密度为1021 g /cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层8的厚度为2.5um，铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的厚度为50nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的材料为ZnS。
实施例2
本实施例的太阳能电池结构与实施例1的太阳能电池结构相同，结构见图1所示，其结构为：玻璃衬底层11/Mo背电极层10/P+层9/P型铜铟镓硒薄膜层8/N型铜铟镓硒缓冲层7/N+层6/P型非晶硅层5/I型非晶硅层4/N型非晶硅层3/ZnO:Al层2/前玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO:Al层2、N型非晶硅层3、I型非晶硅层4、P型非晶硅层5、N+层6、N型铜铟镓硒缓冲层7、P型铜铟镓硒薄膜层8，之后被P+层9完全吸收。
不同之处是：非晶硅P-I-N结层的厚度为360nm。非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层5、I型非晶硅层4和N型非晶硅层3的厚度比为：P型非晶硅层5:I型非晶硅层4:N型非晶硅层3=1:15:2。重掺杂的P+层9的厚度为15nm，重掺杂的P+层9中电荷载子的密度为1021 g /cm3。重掺杂的N+层6的厚度为10nm，重掺杂的N+层6中电荷载子的密度为1021g/cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层8的厚度为1.0um，铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的厚度为200nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的材料为ZnSe。
实施例3
本实施例的太阳能电池结构与实施例1的太阳能电池结构相同，结构见图1所示，其结构为：玻璃衬底层11/Mo背电极层10/P+层9/P型铜铟镓硒薄膜层8/N型铜铟镓硒缓冲层7/N+层6/P型非晶硅层5/I型非晶硅层4/N型非晶硅层3/ZnO:Al层2/前玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO:Al层2、N型非晶硅层3、I型非晶硅层4、P型非晶硅层5、N+层6、N型铜铟镓硒缓冲层7、P型铜铟镓硒薄膜层8，之后被P+层9完全吸收。
不同之处是：非晶硅P-I-N结层的厚度为200nm。非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层5、I型非晶硅层4和N型非晶硅层3的厚度比为：P型非晶硅层5:I型非晶硅层4:N型非晶硅层3=2:12:3。重掺杂的P+层9的厚度为50nm，重掺杂的P+层9中电荷载子的密度为1021 g /cm3。重掺杂的N+层6的厚度为50nm，重掺杂的N+层6中电荷载子的密度为1022g/cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层8的厚度为1.5um，铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的厚度为100nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的材料为ZnIn2Se3。
实施例4
如图2所示，本发明的另一种实施例的太阳能电池，该太阳能电池的结构为：玻璃衬底层11/Mo背电极层10/P+层9/P型铜铟镓硒薄膜层8/N型铜铟镓硒缓冲层7/n-ZnO:Al层16/N+层6/P型非晶硅层5/I型非晶硅层4/N型非晶硅层3/ZnO:Al层2/前玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO:Al层2、N型非晶硅层3、I型非晶硅层4、P型非晶硅层5、N+层6、n-ZnO:Al层16、N型铜铟镓硒缓冲层7、P型铜铟镓硒薄膜层8，之后被P+层9完全吸收。
其中，非晶硅P-I-N结层的厚度为100nm。非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层5、I型非晶硅层4和N型非晶硅层3的厚度比为：P型非晶硅层5:I型非晶硅层4:N型非晶硅层3=2:12:3。重掺杂的P+层9的厚度为10nm，重掺杂的P+层9中电荷载子的密度为1020 g /cm3。重掺杂的N+层6的厚度为5nm，重掺杂的N+层6中电荷载子的密度为1021 g /cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层8的厚度为2.5um，铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的厚度为50nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层7的材料为ZnS。n-ZnO:Al层16的厚度为50nm。
实施例5
本实施例的太阳能电池结构与实施例4的太阳能电池结构相同，结构见图2所示，不同之处是n-ZnO:Al层16的厚度为150nm。
在图3中，Cb、Vb表示增设P+层和N+层后的电池能带曲线，即本发明实施例1的能带曲线，Ca、Va表示未设置P+层和N+层时电池的能带曲线，C表示传导带，V表示电价带，Ef,b表示增设P+层和N+层后的电池的费米能级，Ef,a表示未设置P+层和N+层时电池的费米能级。从图3中可以看出，Cb、Vb能障较窄，且具有更高的能垒。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，包括衬底层、设置在衬底层上的背电极层、TCO层和设置在背电极层与TCO层之间的太阳能电池模组，其特征在于：所述太阳能电池模组包括一个铜铟镓硒P-N结层和一个非晶硅P-I-N结层，所述铜铟镓硒P-N结层的P型铜铟镓硒薄膜层与所述背电极层之间设置有重掺杂的P+层，所述铜铟镓硒P-N结层的N型铜铟镓硒缓冲层与所述非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层之间设置有重掺杂的N+层，所述非晶硅P-I-N结层的N型非晶硅层与所述TCO层相邻设置，该太阳能电池的结构为：衬底层/背电极层/P+层/P型铜铟镓硒薄膜层/N型铜铟镓硒缓冲层/N+层/P型非晶硅层/I型非晶硅层/N型非晶硅层/TCO层；所述N型铜铟镓硒缓冲层与所述N+层之间设置有n-ZnO:Al导电层；所述铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层的材料为ZnS、ZnSe或ZnIn2Se3。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述n-ZnO:Al层的厚度为50nm～150nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述非晶硅P-I-N结层的厚度为100nm～360nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层、I型非晶硅层和N型非晶硅层的厚度比为：P型非晶硅层∶I型非晶硅层∶N型非晶硅层＝(1～2)∶(10～15)∶(2～4)。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述重掺杂的P+层的厚度为5nm～50nm。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于：所述重掺杂的P+层中电荷载子的密度为1020g/cm3～1021g/cm3。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述重掺杂的N+层的厚度为5nm～50nm。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于：所述重掺杂的N+层中电荷载子的密度为1021g/cm3～1022g/cm3。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层的厚度为1.0um～2.5um。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层的厚度为50nm～200nm。
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