CN102082191A - 均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透光率大于5％的硅基薄膜太阳能电池，其特征是：透明的玻璃、树脂、塑料或其它透明材料作为衬底；衬底上是一层透明导电薄膜作为背电极；背电极上是透明的反射膜；反射膜上是单结或多结NIP结，其中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，N，P层由硅薄膜掺磷和硼形成；在NIP结顶上是一层透明导电薄膜作表面电极，在表面电极上为透明减反射膜。光通过的路径是“入射光线1→减反射膜2→表面电极3→纳米硅NIP结4→反射膜5→背电极6→透明衬底7→射出光线8”，光线先通过表层减反射膜，由于光线反射极少，因此输入光能大，具有低辐射功能；由于各层均有透光性，所以这种电池同时具有透光和发电的功能，另外，电池表面还能够调整出多种单色。

Description

均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池及制备方法
所属技术领域
本发明专利涉及一种透光率大于5％的硅基薄膜太阳能电池，可具有高的透光均匀度和低辐射功能，电池表面能够调整出多种单色。
背景技术
现有硅基太阳能电池按照原料区分有晶体硅(多晶硅、单晶硅)和非晶硅两种。晶体硅电池片厚度在250微米左右，PN结不具备透光性，制成的太阳能电池板透光需要扩大晶体硅片的间隙，封装在两层白光玻璃之间，以漏光的形式透过光，透光不均匀；玻璃衬底非晶硅薄膜太阳能电池都采用PIN结构，一般单结电池的膜厚在0.4微米左右，PIN结可以透光，但是背电极为铝、银等金属薄膜，因此电池板不具备透光性；现有晶体硅和非晶硅太阳能电池都以玻璃表面接受光照，光在通过玻璃时由于表面反射和自身吸收，会损失一部分能量，使发电量降低，较强的光反射还会产生光污染，不具备低辐射功能。
发明内容
本发明专利涉及一种透光率大于5％的硅基薄膜太阳能电池，其特征是：透明的玻璃、树脂、塑料或其它透明材料作为衬底；衬底上是一层透明导电薄膜作为背电极；背电极上是透明的反射膜；反射膜上是单结或多结NIP结，其中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，N，P层由硅薄膜掺磷和硼形成；在NIP结顶上是一层透明导电薄膜作表面电极，在表面电极上为透明减反射膜。光通过的路径是“入射光线1→减反射膜2→表面电极3→纳米硅NIP结4→反射膜5→背电极6→透明衬底7→射出光线8”，光线先通过表层减反射膜，由于光线反射极少，因此输入光能大，具有低辐射功能；由于各层均有透光性，所以这种电池同时具有透光和发电的功能，另外，电池表面还能够调整出多种单色。
要解决的技术问题
在保持光电转化率稳定情况下，降低硅薄膜的厚度增加透光率，采用透明的导电材料作为表面电极和背电极增加透光率；纳米硅太阳能电池的NIP结直接接受阳光，保持转化率稳定；减少纳米硅太阳能电池表面的反射率形成低辐射，降低光污染；调整光在表面薄膜产生干涉相消的波长，从而呈现各种单色。
技术方案
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的太阳能电池，由减反射膜2、表面电极3、纳米硅NIP结4、反射膜5、背电极6、透明衬底7组成，减反射膜2在表面电极3的表面上，表面电极3在纳米硅NIP结4的表面上，纳米硅NIP结4在反射膜5的表面上，反射膜5在背电极6的表面上，背电极6在透明衬底7的表面上。
本发明为均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池的制备方法和步骤如下：
步骤一、清洗衬底材料，采用超声波和去离子水清洗透明衬底材料，透明衬底材料为玻璃或树脂、塑料或其它透明材料；
步骤二、采用磁控溅射或化学气相沉积(CVD)装置在玻璃或树脂、塑料或其它透明材料上沉积一层铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)或氟掺杂二氧化锡(SnO2:F)透明导电膜作为背电极和背反射膜
步骤三、采用射频(13.56M)或甚高频(30～60M)等离子增强化学气相沉积系统在背反射膜上沉积纳米硅单结或多结NIP结。首先，沉积N层，工作气体为氢气、硅烷、磷烷，衬底温度为150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa；然后沉积I层，该层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，反应气体是氢气和硅烷，二者质量流量比为8～20，衬底温度在150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa；最后沉积P层，可以是P型纳米硅材料也可以是P型碳化硅材料，反应气体是硼烷、硅烷、氢气或者是甲烷、硼烷、硅烷和氢气，衬底温度在150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa。
步骤四、采用磁控溅射或化学气相沉积系统在NIP结表面上沉积铟锡氧或氧化锌薄膜作为前电极和减反射膜，完成发电薄膜组制造；
步骤五、在背电极和表面电极分别接上导线，制造成为均匀透光的纳米硅太阳能电池。
在制造纳米硅电池的过程中，调整纳米硅材料的带隙及厚度改变太阳能电池板的透光性；通过调整纳米硅膜上下表面反射所产生的光程差使得两束反射光干射相消，形成减反射效果，达到低辐射要求；通过调整表面减反射膜的吸收光谱，改变太阳能电池表面反射颜色。
本发明专利的结构特征是：透明的玻璃、树脂、塑料等作为衬底，在底层衬底上是一层透明导电薄膜作为背电极；背电极上是一层背反射膜；背反射膜上是单结或多结NIP结，其中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，N，P层由硅薄膜掺磷和硼形成；在NIP结上是一层透明导电薄膜作表面电极；在表面电极上是可调整颜色的表层减反射膜。光透过的路径是“入射光线1→减反射膜2→表面电极3→纳米硅NIP结4→反射膜5→背电极6→透明衬底7→射出光线8”，达到同时具有透光和发电的功能。
附图说明
图1是发明专利的产品纵剖面图。
1、入射光线
2、减反射膜：根据产品要求沉积反射膜。
3、表面电极：沉积的透明导电膜，做为电池正极引出。
4、透光纳米硅NIP结：其中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，N，P层由硅薄膜掺磷和硼形成。
5、反射膜：调节透光率和发电效率。
6、背电极，沉积的透明导电膜，做为电池负极引出。
7、玻璃或其他透明衬底。
8、为透出光线。
实际使用是：光线的路径是穿过→减反射膜→表面电极→纳米硅NIP结→反射膜→背电极→透明衬底→透出部分光线，光线通过纳米硅NIP结能够产生直流电，由表面电极和背电极引出，再通过引线引出。

Claims (10)

1.本发明专利涉及一种透光率大于5％的硅基薄膜太阳能电池，其特征是：透明的玻璃、树脂、塑料或其它透明材料作为衬底；衬底上是一层透明导电薄膜作为背电极；背电极上是透明的反射膜；反射膜上是单结或多结NIP结，其中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，N，P层由硅薄膜掺磷和硼形成；在NIP结顶上是一层透明导电薄膜作表面电极，在表面电极上为透明减反射膜。光通过的路径是“入射光线→减反射膜→表面电极→纳米硅NIP结→反射膜→背电极→透明衬底→射出光线”，光线先通过表层减反射膜，由于光线反射极少，因此输入光能大，具有低辐射功能；由于各层均有透光性，所以这种电池同时具有透光和发电的功能，另外，电池表面还能够调整出多种单色。
2.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：光透过的路径是“减反射膜→表面电极→纳米硅NIP结→背反射膜→背电极→透明衬底，经表面电极和背电极引出直流电流。
3.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：背电极和表面电极均采用透明的导电薄膜。
4.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：单结或多结NIP结构，NIP结中I层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相薄膜，N、P层由硅薄膜掺磷和硼形成。
5.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：透明衬底可以是玻璃，也可以是树脂、塑料或其它透明材料，透明衬底可以是平面也可以是曲面，也可是多面体或不规则表面和不规则形状。
6.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：在表面电极上有减反射膜，具有低辐射功能。
7.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：接受光照的电池层表面减反射膜可制成各种单色彩色，具有低辐射功能。
8.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：在背电极上有反射膜。该反射膜可以在以减少发电量增加透光率要求下不生产。
9.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池，其特征是：光线有部分穿过透出，电池透光率大于5％。
10.根据权利要求1所述的均匀透光低辐射纳米硅太阳能电池制备方法：其特征在于该方法的步骤如下：
步骤一、清洗衬底材料，采用超声波和去离子水清洗透明衬底材料，透明衬底材料为玻璃或树脂、塑料或其它透明材料；
步骤二、采用磁控溅射或化学气相沉积(CVD)装置在玻璃或树脂、塑料或其它透明材料上沉积一层铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)或氟掺杂二氧化锡(SnO2:F)透明导电膜作为背电极和背反射膜
步骤三、采用射频(13.56M)或甚高频(30～60M)等离子增强化学气相沉积系统在背反射膜上沉积纳米硅单结或多结NIP结。首先，沉积N层，工作气体为氢气、硅烷、磷烷，衬底温度为150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa；然后沉积I层，该层是由纳米量级的硅晶粒镶嵌在非晶硅母体中而形成的混合相材料，反应气体是氢气和硅烷，二者质量流量比为8～20，衬底温度在150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa；最后沉积P层，可以是P型纳米硅材料也可以是P型碳化硅材料，反应气体是硼烷、硅烷、氢气或者是甲烷、硼烷、硅烷和氢气，衬底温度在150℃～220℃，压力为100Pa～300Pa。
步骤四、采用磁控溅射或化学气相沉积系统在NIP结表面上沉积铟锡氧或氧化锌薄膜作为前电极和减反射膜，完成发电薄膜组制造；
步骤五、在背电极和表面电极分别接上导线，制造成为均匀透光的纳米硅太阳能电池。
在制造纳米硅电池的过程中，调整纳米硅材料的带隙及厚度改变太阳能电池板的透光性；通过调整纳米硅膜上下表面反射所产生的光程差使得两束反射光干射相消，形成减反射效果，达到低辐射要求；通过调整表面减反射膜的吸收光谱，改变太阳能电池表面反射颜色。
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