CN102034888A - 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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邢政
邱凯
张晓东
李晓伟
张宝顺
杨辉
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Abstract

本发明公开了一种薄膜太阳能电池，包括具有光伏单元的外延片，以及覆盖复合于外延片两侧的前电极及背电极，光伏单元为薄膜结构的PN结或PIN结，前电极为透明导电薄膜或具图形结构的多层金属薄膜，太阳能电池在其朝向太阳辐照的一侧具有减反射膜。其制备方法包括：(1)太阳能电池外延片的生长；(2)外延片两侧沉积制作前电极和后电极并退火；(3)在外延片上制备隔离沟槽，并对隔离沟槽进行清洗和绝缘钝化处理，制得窗口区；(4)对外延片的窗口区制作减反射膜。本发明利用多层薄膜材料的沉积，增强太阳光进入太阳能电池结构层，提高光电转换效率。

Description

一种薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用装置及其制法，尤其涉及一种吸收太阳辐射进行储能利用的太阳能电池及其制法，属于太阳能利用的光伏技术领域。
背景技术
能源危机的日渐突显，随着传统燃料能源的逐渐耗尽，迫使人们将关注的目光转移到再生能源的开发和利用上。众所周知的是：太阳能是人们能够充分利用、取之不尽、用之不竭的绿色环保可再生能源，因此太阳能的开发和利用引起了全世界各国领导的重视。太阳能电池是直接将太阳能转化利用的十分有效的办法之一。对于薄膜型光伏器件来讲，优化光电转换效率是使器件性能得以提高的关键，利用薄膜半导体吸收层里能够最大限度的吸收光能加强光电转化从而降低制造成本，使得光伏技术在包括民用和空间等各个领域都得到了广泛的应用。
对于太阳能电池，其表面对于入射的太阳辐照有较强的反射损失，因此减小入射光的反射，增加进入半导体内部的光子数，有利于提高光生电流，并提高电池转换效率。减少光反射常见有两种方法：一种是制作减反射膜；另一种是在电池表面进行各向异性腐蚀，通过表面结构减小光损失(该方法主要适用于单晶硅和多晶硅的太阳能电池)。
发明内容
针对上述现有太阳能电池表面反射率高的问题，本发明的目的旨在：提供一种新颖的薄膜太阳能电池的制作方法，降低表面反射率以便提高太阳能电池对太阳光的利用效率，从而得到较高的光输出功率，实现较高的转换效率。
本发明的上述第一个目的，其实现的技术方案是：
一种薄膜太阳能电池，包括具有一个或一个以上光伏单元的外延片，以及覆盖复合于所述外延片两侧的前电极及背电极，其中所述光伏单元为薄膜结构的PN结或PIN结，所述前电极为透明导电薄膜或具图形结构的多层金属薄膜，其特征在于：所述太阳能电池在其朝向太阳辐照的一侧具有减反射膜的结构，所述减反射膜与前电极、外延片和背电极一并构成薄膜复合结构的太阳能电池。
进一步地，前述的一种薄膜太阳能电池，其中该太阳能电池的减反射膜为包含有氧化钛、氮化硅、氧化硅、氧化钽、氧化铝、硒化锌、硫化锌、氟化镁、氧化铟、氧化锌、掺锡氧化铟、氟化掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌中一种或一种以上的具减反射性能的层叠薄膜结构。
进一步地，前述的一种薄膜太阳能电池，其中该外延片为由IIIA-VA元素组成的、含有一个或一个以上光伏单元的薄膜结构，所述光伏单元的种类包括叠层PN结或叠层PIN结。
更进一步地，前述的一种薄膜太阳能电池，其中该外延片中的部分光伏单元相串联。
进一步地，前述的一种薄膜太阳能电池，其中该太阳能电池为单结结构、双结级联式结构、双结以上级联式结构、复合双结级联加双结级联的结构、复合三结级联加单结的结构、复合双结级联加双结级联再加单结的结构，复合三结级联加双结级联加单结的结构，以及复合多结级联加多结级联的结构中的任意一种。
本发明的上述第二个目的，其实现的技术方案是：
一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括步骤：
I、利用气相沉积法生长太阳能电池的外延片；
II、按任意先后顺序或同时在经表面处理后的外延片两侧通过化学或物理的方法沉积制作前电极和后电极，并对完成两种电极进行欧姆接触处理；
III、在上述步骤II所制得的外延片上制备隔离沟槽，并对隔离沟槽进行清洗和钝化处理，制得外延片表面覆盖所有光伏单元的窗口区；
IV、对外延片的窗口区采用化学或物理的方法沉积制作减反射膜。
进一步的，前述的一种薄膜太阳能电池的制备方法，步骤II和步骤IV中所述化学或物理的方法至少包括蒸发、溅射、旋涂、印刷和化学沉积。
本发明一种薄膜太阳能电池及其制备方法，较之于现有技术其优异效果体现为：利用多层薄膜材料的沉积，增强太阳光进入太阳能电池结构层，从而提高太阳能电池对太阳光全光谱光能量的吸收转换。太阳光在多层薄膜材料中折射和反射从而减小太阳能电池表面的反射，增加光进入电池的PN结或PIN结的结构层，明显提高光电转换效率。
附图说明
图1是本发明一GaAs电池实施例使用抗反膜和无使用抗反膜的EQE谱示意图；
图2是本发明另一GaInP电池实施例使用抗反膜和无使用抗反膜的EQE谱示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本发明具体实施例详细说明如下。从整体结构方案来看：
该种薄膜太阳能电池，包括具有一个或一个以上光伏单元的外延片，以及覆盖复合于所述外延片两侧的前电极及背电极，其中光伏单元为薄膜结构的PN结或PIN结，前电极为透明导电薄膜或具图形结构的多层金属薄膜，这是现有常规太阳能电池的最基本结构。本发明基于光程差相干涉、抵销的原理，创新提出了一种对该种常规太阳能电池基本结构的改进，即在太阳能电池在其朝向太阳辐照的一侧设置减反射膜结构，由该减反射膜与前电极、外延片和背电极一并构成薄膜复合结构的太阳能电池。
减反射膜的基本原理是利用光波在减反射膜上下表面反射所产生的光程差，使得两束反射光干涉相消，从而减弱反射，增加透射。在电池材料和入射光谱确定的情况下，减少反射的效果取决于减反射膜的折射率及厚度。可选的减反射膜包括氧化钛、氮化硅、氧化硅、氧化钽、氧化铝、硒化锌、硫化锌、氟化镁、氧化铟、氧化锌、掺锡氧化铟、氟化掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌中一种或一种以上的具减反射性能的层叠薄膜结构。
其中，该外延片为由IIIA-VA元素组成的、含有一个或一个以上光伏单元的薄膜结构，光伏单元的种类包括叠层PN结或叠层PIN结。特别地，根据太阳能电池结构的不同，该外延片中的部分光伏单元相串联成光伏单元串的结构。
本发明薄膜太阳能电池的技术方案，适用范围较广，包括单结结构、双结级联式结构、双结以上级联式结构、复合双结级联加双结级联的结构、复合三结级联加单结的结构、复合双结级联加双结级联再加单结的结构，复合三结级联加双结级联加单结的结构，以及复合多结级联加多结级联的结构中的任意一种。
上述该种薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下主要步骤：
1)太阳能电池外延片的生长
利用气相沉积法，基于GaAs衬底生长的GaInP、GaAs等单结太阳能电池外延片，GaInP/GaAs双结太阳能电池外延片；基于InP衬底生长的InGaAs、InGaAsP等单结电池外延片、InGaAs/InGaAsP双结太阳能电池外延片；基于Ge衬底生长的GaInP/Ge、GaAs/Ge、InGaAs/Ge等双结太阳能电池外延片、GaInP/InGaAs/Ge、GaInP/GaAs/Ge等三结太阳能电池外延片、GaInP/GaAs/InGaAs/Ge等四结太阳电池外延片。
2)太阳能电池制备的工艺：
按任意先后顺序或同时在经表面处理后的外延片两侧通过化学或物理的方法沉积制作前电极和后电极，并对完成两种电极沉积的外延片进行欧姆接触处理；继而制备隔离沟槽，并对隔离沟槽进行清洗和绝缘钝化处理，制得外延片表面覆盖所有光伏单元的窗口区。
3)利用多层薄膜材料，采用化学或物理的方法对外延片的窗口区进行减小太阳光谱反射的薄膜沉积处理，并最终对制得的太阳能电池进行分割、引线和封装的后续工艺。
从实施例的技术效果来看，根据上述方法制备所得的薄膜太阳能电池GaAs电池和GaInP电池，分别测试其EQE谱线，结果如图1和图2所示。其中曲线A表示采用了减反射膜后的太阳能电池的EQE谱线；曲线B表示不具有减反射膜时的太阳能电池的EQE谱线。通过图示显而易见：采用了减反射膜之后，EQE数值明显提高超过5％以上，最高可达18％。由于EQE数值直接与电池的光电流相关，如等式1所列：
Iph＝q∫(λ)CΦ(λ)EQE(λ)dλ    (1)
EQE明显的提高有利于提高光生电流，并提高电池转换效率。
本发明工艺制法及选材上具有多样性，以上仅是本发明众多具体应用范例中的颇具代表性的几个实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是材料的简单替换而形成的技术方案，只要是采用本发明具减反射效果的薄膜结构制备太阳能电池，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种薄膜太阳能电池，包括具有一个或一个以上光伏单元的外延片，以及覆盖复合于所述外延片两侧的前电极及背电极，其中所述光伏单元为薄膜结构的PN结或PIN结，所述前电极为透明导电薄膜或具图形结构的多层金属薄膜，其特征在于：所述太阳能电池在其朝向太阳辐照的一侧具有减反射膜的结构，所述减反射膜与前电极、外延片和背电极一并构成薄膜复合结构的太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池的减反射膜为包含有氧化钛、氮化硅、氧化硅、氧化钽、氧化铝、硒化锌、硫化锌、氟化镁、氧化铟、氧化锌、掺锡氧化铟、氟化掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌中一种或一种以上的具减反射性能的层叠薄膜结构。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池，其特征在于：所述外延片为由IIIA-VA元素组成的、含有一个或一个以上光伏单元的薄膜结构，所述光伏单元的种类包括叠层PN结或叠层PIN结。
4.根据权利要求3所述的一种薄膜太阳能电池，其特征在于：所述外延片中的部分光伏单元相串联。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池为单结结构、双结级联式结构、双结以上级联式结构、复合双结级联加双结级联的结构、复合三结级联加单结的结构、复合双结级联加双结级联再加单结的结构，复合三结级联加双结级联加单结的结构，以及复合多结级联加多结级联的结构中的任意一种。
6.一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括步骤：
I、利用气相沉积法生长太阳能电池的外延片；
II、按任意先后顺序或同时在经表面处理后的外延片两侧通过化学或物理的方法沉积制作前电极和后电极，并对完成两种电极进行欧姆接触处理；
III、在上述步骤II所制得的外延片上制备隔离沟槽，并对隔离沟槽进行清洗和钝化处理，制得外延片表面覆盖所有光伏单元的窗口区；
IV、对外延片的窗口区采用化学或物理的方法沉积制作减反射膜。
7.根据权利要求6所述的一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤II和步骤IV中所述化学或物理的方法至少包括蒸发、溅射、旋涂、印刷和化学沉积。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102723370A (zh) * 2012-06-18 2012-10-10 湖南红太阳光电科技有限公司 一种用于太阳能电池的宽光谱多层减反钝化膜
CN103515479A (zh) * 2012-06-14 2014-01-15 通用电气公司 用于处理半导体组件的方法
CN103811571A (zh) * 2012-11-09 2014-05-21 韩国科学技术研究院 Cigs基或czts基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN104600130A (zh) * 2015-01-13 2015-05-06 福建铂阳精工设备有限公司 一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN106449789A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 深圳市和光立源新能源发展有限公司 一种化合物电池的抗反射镀膜结构
CN109817729A (zh) * 2019-02-18 2019-05-28 曾康 一种能反射紫外光的CuInSe2电池减反射层及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002261302A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Kyocera Corp 薄膜結晶質Ｓｉ太陽電池
CN1825632A (zh) * 2005-02-21 2006-08-30 中国科学院半导体研究所 聚光太阳电池的制作方法
WO2008062934A1 (en) * 2006-11-20 2008-05-29 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
CN101533861A (zh) * 2009-03-18 2009-09-16 厦门市三安光电科技有限公司 一种三层太阳电池增透膜及其制备方法
US20100163104A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Mosel Vitelic Inc. Solar cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002261302A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Kyocera Corp 薄膜結晶質Ｓｉ太陽電池
CN1825632A (zh) * 2005-02-21 2006-08-30 中国科学院半导体研究所 聚光太阳电池的制作方法
WO2008062934A1 (en) * 2006-11-20 2008-05-29 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
US20100163104A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Mosel Vitelic Inc. Solar cell
CN101533861A (zh) * 2009-03-18 2009-09-16 厦门市三安光电科技有限公司 一种三层太阳电池增透膜及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103515479A (zh) * 2012-06-14 2014-01-15 通用电气公司 用于处理半导体组件的方法
CN102723370A (zh) * 2012-06-18 2012-10-10 湖南红太阳光电科技有限公司 一种用于太阳能电池的宽光谱多层减反钝化膜
CN102723370B (zh) * 2012-06-18 2014-08-20 湖南红太阳光电科技有限公司 一种用于太阳能电池的宽光谱多层减反钝化膜
CN103811571A (zh) * 2012-11-09 2014-05-21 韩国科学技术研究院 Cigs基或czts基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN103811571B (zh) * 2012-11-09 2016-03-30 韩国科学技术研究院 Cigs基或czts基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN104600130A (zh) * 2015-01-13 2015-05-06 福建铂阳精工设备有限公司 一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法
CN106449789A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 深圳市和光立源新能源发展有限公司 一种化合物电池的抗反射镀膜结构
CN109817729A (zh) * 2019-02-18 2019-05-28 曾康 一种能反射紫外光的CuInSe2电池减反射层及制备方法

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