CN101924159A - 集成衍射光栅的太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，涉及一种集成衍射光栅的太阳能电池及其制造方法。其太阳能电池包括有基板、位于基板顶部的背电极接触层、背电极接触层上形成的TCO光栅层、位于TCO光栅层顶部的半导体结、位于半导体结顶部的正面TCO层。所述半导体结是NIP结、非晶硅结、微晶硅结中的一种。所述基板和背电极接触层之间还具有分散式布拉格反射层。本发明中太阳电池中的集成衍射光栅有助于将背部反射层的反射光线衍射进吸收层来增加光路的长度，使太阳能电池的吸收层能以较薄的厚度吸收最大数目的光子，从而可提高其转换率。

Description

集成衍射光栅的太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，涉及一种集成衍射光栅的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
相较于传统晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池具有成本优势，但是它的厚度小，对太阳能光谱的捕捉能力有限，从而成为薄膜太阳能电池无法实现高效转化的主要限制因素之一。为了提高薄膜太阳能电池的转换率，人们用各种光捕捉技术来改善太阳能电池内部光路的长度。这样做的目的是为反射或衍射光线，使光线在太阳能电池内部来回反射，从而被充分的吸收。
一项被普遍使用的光捕捉技术是使用带织构的背面反射器来反射具有一定角度的入射光线。如果光线偏离正常方向大于临界角度，全反射就会在顶层表面形成，这样光路的长度就会进一步增加。带织构的背面反射器会因粒状金属介电面生成的等离子模式而有本征损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺陷，提供一种能够提高薄膜太阳能电池转换率的集成衍射光栅的太阳能电池及其制造方法，以及其中的TCO光栅层的形成方法。
本发明的集成衍射光栅的太阳能电池的第一个方案是：该电池包括有基板、位于基板顶部的背电极接触层、背电极接触层上形成的TCO光栅层、位于TCO光栅层顶部的半导体结、位于半导体结顶部的正面TCO层。所述半导体结是NIP结、非晶硅结、微晶硅结中的一种。所述基板和背电极接触层之间还具有分散式布拉格反射层。
本发明的集成衍射光栅的太阳能电池的第二个方案是：该电池包括基板、在基板顶部形成的TCO光栅层、位于TCO光栅层顶部的半导体结、位于半导体结顶部的背部TCO层、位于背部TCO层顶部的背电极接触层。所述半导体结是PIN结、非晶硅结、微晶硅结中的一种。所述背电极接触层顶部具有分散式布拉格反射层。
上述TCO光栅层的生成方法是：在太阳能电池的基板或背电极接触层上沉积生成TCO层；在TCO层上生成光刻涂层；通过干涉光刻方法使光刻涂层曝光，光刻涂层显影后，在光刻涂层上形成周期性结构；再次进行TCO层的沉积，部分沉积在原TCO层顶部，部分沉积在光刻涂层顶部；经过剥离步骤，将光刻涂层顶部的TCO层和周期性结构的光刻涂层剥离去除，最终在基板或背电极接触层上生成TCO光栅层。
本发明的集成衍射光栅的太阳能电池其制造方法的一个技术方案是：先生成基板；在基板上生成背电极接触层；通过上述的TCO光栅层的生成方法在背电极接触层上生成TCO光栅层；在TCO光栅层上生成半导体结；在半导体结上生成正面TCO层。该方法用于制造NIP太阳能电池。
本发明的集成衍射光栅的太阳能电池其制造方法的另一个技术方案是：先生成基板；通过上述的TCO光栅层的生成方法在基板上形成TCO光栅层；在TCO光栅层上生成半导体结；在半导体结上生成背部TCO层；在背部TCO层顶上生成背电极接触层。该方法用于制造PIN太阳能电池。
本发明中太阳电池中的集成衍射光栅有助于将背部反射层的反射光线衍射进吸收层来增加光路的长度，使太阳能电池的吸收层能以较薄的厚度吸收最大数目的光子，从而可提高其转换率。本发明的TCO光栅层的形成方法适用于大面积基板的太阳能电池的生产。传统的光刻掩模方法对于大面积基板的制造工艺不可行，而干涉光刻方法可避免掩模的问题，而使用两束相干光束来实现曝光显影。众所周知，激光已经被用于薄膜太阳能电池中各膜层的刻划，而剥离工艺使用湿化学工艺同样可以应用于大面积基板的制造工艺中。
附图说明
图1是本发明太阳能电池一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的TCO光栅层的生成步骤示意图。
图3是本发明太阳能电池另一个实施例的结构示意图。
图4是本发明太阳能电池再一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种 NIP太阳能电池的实施例。首先，背电极接触层102(如铝)被沉积在基板101 (如玻璃) 上；接下来是背部TCO光栅层103(如氧化锌)；之后，NIP结104形成；最后形成正面TCO层105，太阳能电池100制造完成。
图2(图2a～图2d)介绍了制作TCO光栅层的一种实施过程。
如图2a所示， TCO层203a最先是在基板201a上的背电极接触层202a的顶部生成。光刻涂层204a在TCO层203a的顶部生成。通过干涉光刻方法使光刻涂层204a曝光。
如图2b所示，在光刻涂层显影后，形成周期性结构的光刻涂层204b。
如图2c所示，另一TCO层随后沉积；部分沉积在周期性结构的光刻涂层204c的顶部，如205c所示；部分沉积在原TCO层上继续沉积，如203c所示。在剥离步骤，光刻涂层204c和TCO层205c将会被剥离掉。
如图2d所示，经过剥离步骤后， TCO光栅层203d在基板201d上的背电极接触层202 d的顶部形成。
背部衍射光栅也可以与分散式布拉格反射层结合来进一步提高光捕捉效率，如图3所示的实施例太阳能电池300中。分散式布拉格反射层306在基板301a的顶部生成。306可以由介电常数交替变化的多层薄膜组成。背电极接触层302在306的顶部生成以确保光子生成的电子在通过背电极接触层时被捕捉而不通过布拉格反射层。然后，随着TCO 光栅层303，NIP结304及正面TCO 层305的生成而完成太阳能电池的制造。衍射层与布拉格反射层结合使用可以减少由于背部反射器不理想导致的低反射率而引起光线损失。
TCO 光栅层的生成过程可以用于各种规格太阳能电池光栅衍射层的制造，而不仅限于图1所示的NIP太阳能电池。图4是PIN太阳能电池400中的应用举例。如图4所示，正面TCO光栅层402要首先在基板401的顶部生成，PIN结403在TCO光栅层402上自然生成，背部TCO层404也在PIN结403的顶部形成，最后形成背电极接触层405。

Claims (9)

1.一种集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：它包括有基板、位于基板顶部的背电极接触层、背电极接触层上形成的TCO光栅层、位于TCO光栅层顶部的半导体结、位于半导体结顶部的正面TCO层。
2.根据权利要求1所述的集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：所述半导体结是NIP结、非晶硅结、微晶硅结中的一种。
3.根据权利要求1所述的集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：所述基板和背电极接触层之间还具有分散式布拉格反射层。
4.一种集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：它包括基板、在基板顶部形成的TCO光栅层、位于TCO光栅层顶部的半导体结、位于半导体结顶部的背部TCO层、位于背部TCO层顶部的背电极接触层。
5.根据权利要求4所述的集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：所述半导体结是PIN结、非晶硅结、微晶硅结中的一种。
6.根据权利要求4所述的集成衍射光栅的太阳能电池，其特征是：所述背电极接触层顶部具有分散式布拉格反射层。
7.一种TCO光栅层的生成方法，其特征是：在太阳能电池的基板或背电极接触层上沉积生成TCO层；在TCO层上生成光刻涂层；通过干涉光刻方法使光刻涂层曝光，光刻涂层显影后，在光刻涂层上形成周期性结构；再次进行TCO层的沉积，部分沉积在原TCO层顶部，部分沉积在光刻涂层顶部；经过剥离步骤，将光刻涂层顶部的TCO层和周期性结构的光刻涂层剥离去除，最终在基板或背电极接触层上生成TCO光栅层。
8.一种集成衍射光栅的太阳能电池的制造方法，其特征是：先生成基板；在基板上生成背电极接触层；通过权利要求7所述的TCO光栅层的生成方法在背电极接触层上生成TCO光栅层；在TCO光栅层上生成半导体结；在半导体结上生成正面TCO层。
9.一种集成衍射光栅的太阳能电池的制造方法，其特征是：先生成基板；通过权利要求7所述的TCO光栅层的生成方法在基板上形成TCO光栅层；在TCO光栅层上生成半导体结；在半导体结上生成背部TCO层；在背部TCO层顶上生成背电极接触层。
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