CN102097517A

CN102097517A - 复合型薄膜太阳能电池

Info

Publication number: CN102097517A
Application number: CN2010105845345A
Authority: CN
Inventors: 单洪青; 林朝晖; 李沅民
Original assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种复合型薄膜太阳能电池，包括玻璃基板、透明导电前电极、光电转换单元、透明导电背电极和背金属层，所述光电转换单元包括复数个类型的光电转换子单元吸收不同光谱的光能。本发明复合型薄膜太阳能电池利用不同类型的光电单元吸收多个光谱范围的光能，能够大幅度提高光电转换效率。

Description

复合型薄膜太阳能电池

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种复合型薄膜太阳能电池。

背景技术

随着能源消耗的不断增加，作为能源的主要来源，石油和煤炭的大量使用所导致的二氧化碳排放严重地污染生态环境，而且石油和煤炭资源也面临枯竭的境地，因此，寻求低碳排放而又取之不尽的可再生能源变得越来越紧迫，而太阳能正是这样一种取之不尽用之不竭的可再生新能源。人们对基于光伏效应的太阳能电池的开发和利用日趋重视，市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加。在这些新型太阳能电池中，基于硅材料的合金薄膜(例如非晶硅a-Si:H)太阳能电池以其用硅量少、低成本、和高量产等特点成为太阳能电池发展的一个新的趋势。但是硅基薄膜太阳能电池也具有光电转换效率低和稳定性欠佳等缺点。

氢化薄膜硅所构成的薄膜太阳能电池通常具有p-i-n结构，图1为薄膜太阳能电池的典型结构示意图，如图1所示，包括玻璃基板100、透明导电前电极110，氢化硅薄膜p-i-n光电单元包括p层120、i层130(光电转换层)和n层140。光线10进入i层130产生光致载流子，p层120和n层140在本征i层130中建立一个内置电场，使光致载流子能够被有效地收集。此外还包括透明导电膜150和金属薄膜160，透明导电膜150通常由透明导电氧化物(TCO)组成，金属薄膜160通常为银或者铝，能够将穿过透明导电膜150未被吸收的光反射回p-i-n光电单元中继续吸收。透明导电膜150和金属薄膜160通常被合称为背电极，基于氢化硅的p-i-n光电单元被夹在前后两个电极中而形成完整的光伏器件。

太阳能电池的光电转换效率在很大程度上取决于对各个光谱范围内的太阳光的有效吸收。众所周知，太阳光谱实质上是由各种不同波长的光组成的，如紫外光、蓝光、绿光、黄光、红光、红外光等，光波波长可以从300nm～1400nm。单一类型的半导体薄膜通常难以有效地吸收所有光谱的光波。为了提高转换效率，通常采用多结硅基薄膜电池串联在一起的方式，例如非晶硅和纳米晶硅(a-Si:H/μc-Si)叠层薄膜太阳能电池。a-Si:H作为顶层太阳能电池的吸收层，其能带隙为1.7eV左右，适合于吸收波长在300～600nm之间的光波。μc-Si作为底层太阳能电池的吸收层，其能带隙为1.1eV左右，适合于吸收波长在450～950nm之间的光波。然而，虽然这种微晶-非晶叠层电池在一定程度上提高了光电转换效率，但是晶体硅自身稳定性欠佳的弱点仍然是现有多结硅基薄膜太阳能电池无法回避的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种复合型薄膜太阳能电池，利用不同类型的光电单元吸收多个光谱范围的光能，能够大幅度提高光电转换效率。

本发明提供的一种复合型薄膜太阳能电池，包括玻璃基板、透明导电前电极、光电转换单元、透明导电背电极和背金属层，所述光电转换单元包括复数个类型的光电转换子单元吸收不同光谱的光能。

可选的，所述光电转换子单元包括但不限于非晶硅a-Si、微晶硅μc-Si、非晶硅锗a-SiGe、铜铟硒CIS、铜铟镓硒CIGS和硫化镉CdS薄膜吸收层。

可选的，所述光电转换子单元之间的连接方式为串联连接和/或并联连接。

可选的，所述光电转换子单元利用薄膜沉积工艺、热化学工艺、化学液浴沉积工艺和半导体工艺形成。

可选的，所述透明导电前电极具有栅格状或网格状的表面结构。

可选的，所述透明导电背电极具有栅格状或网格状的表面结构。

可选的，所述玻璃基板的与空气接触的表面密布凸起。

可选的，所述凸起的宽度或尺寸小于可见光的波长。

可选的，所述玻璃基板的与空气接触的表面具有微凸透镜阵列。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的复合型薄膜太阳能电池包括不同类型、不同材料的光电转换单元，例如非晶硅、微晶硅、非晶硅锗、铜铟硒(CIS)和铜铟镓硒(CIGS)等薄膜吸收层，分别用来吸收波长较短的蓝、绿光和波长较长的黄光、红光和红外光。从而能够大幅度提高光能的吸收率，提高光电转换效率。

此外，本发明复合型薄膜太阳能电池的透明导电氧化物层的表面结构可以是栅格状或网格状的表面结构，能够增加其光散射系数，提高光吸收率；

本发明复合型薄膜太阳能电池的玻璃基板表面可采用密布凸起的纳米微结构表面，能够最大限度地降低光的反射，使有更多的光进入电池内部；

本发明复合型薄膜太阳能电池的玻璃基板表面还可以形成微凸透镜阵列，微凸透镜将入射光聚焦在吸收层上，进一步提高了光吸收率。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。

图1为薄膜太阳能电池的典型结构示意图；

图2至图8为说明本发明的复合型薄膜太阳能电池各个实施例的结构示意图。

所述示图只是示意性的，为了说明本发明的宗旨，并不限制本发明的保护范围。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明的核心思想是根据不同材料和类型的光吸收层对不同光谱范围内光的吸收率，利用不同类型的多个光电转换子单元(sub cell)来吸收不同光谱范围的光，以达到更高的光能吸收率和光电转换效率。图2至图8为说明本发明的复合型薄膜太阳能电池各个实施例的结构示意图。首先如图2所示，根据本发明一实施例的复合型薄膜太阳能电池包括玻璃基板100，透明导电前电极110，光电转换单元300包括多个光电转换子单元31、32、33、34、35和36，当然还可以有更多的子单元，在此以6个为例。这六个子单元可以分别是非晶硅a-Si、微晶硅μc-Si、非晶硅锗a-SiGe、铜铟硒CIS、铜铟镓硒CIGS和硫化镉CdS薄膜吸收层，用以吸收光谱范围从λ1到λ6的光。当光线10进入电池内部后，不同光谱范围λ1～λ6的光分别被不同的子单元吸收。例如，非晶硅31、微晶硅32、非晶硅锗33、铜铟硒(CIS)34、铜铟镓硒(CIGS)35和硫化镉(CdS)36等薄膜吸收层分别用来吸收波长较短的蓝、绿光和波长较长的黄光、红光和红外光。

光电转换子单元31、32、33、34、35和36之间的连接方式可以是串联或并联或串并联同时采用。光电转换子单元的制备可以利用薄膜沉积工艺、热化学工艺、化学液浴沉积工艺和半导体工艺形成。

在本发明的另一个实施例中，透明导电前电极200具有栅格状或网格状的表面结构，如图3所示。栅格状表面结构由平行纵向或横向排列的凸棱201构成，如图3a所示；网格状表面结构由纵横交错的凸棱201构成，如图3b所示。这种栅格状或网格状的表面结构能够增加光散射系数，增加光在吸收层300中的光程，提高吸收层300的光吸收率。

在图4所示的实施例中，基板100的上表面还包括一个由另一层散射层210和玻璃基板101组成的复合层，散射层210具有栅格状或网格状的表面结构，进一步提高了光散射能力。此外，在其它实施例中，透明导电背电极150还可以具有栅格状或网格状的表面结构，以增强对金属层160反射光的散射能力。

在图5所示的实施例中，玻璃基板400的与空气接触的表面密布纳米结构凸起401，形成类似蛾眼的纳米表面结构，凸起401的宽度或尺寸小于可见光的波长，因此这种表面能够最大限度地降低对入射光的反射。

在图6所示的实施例中，具有玻璃基板400的复合型薄膜太阳能电池的透明导电前电极为具有栅格状或网格状表面结构的透明导电前电极200，其优点前已说明，在此不再赘述。

在图7所示的实施例中，玻璃基板500的与空气接触的表面具有由众多微凸透镜501组成的微凸透镜阵列。入射光10微凸透镜501后被聚焦在吸收层300的光电转换子单元上，极大地提高了光吸收率。

在图8所示的实施例中，具有玻璃基板500的复合型薄膜太阳能电池的透明导电前电极为具有栅格状或网格状表面结构的透明导电前电极200，其优点前已说明，在此不再赘述。

此外，在其它实施例中，具有玻璃基板400或500的复合型薄膜太阳能电池的透明导电背电极150还可以具有栅格状或网格状的表面结构，以增强对金属层160反射光的散射能力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种复合型薄膜太阳能电池，包括玻璃基板、透明导电前电极、光电转换单元、透明导电背电极和背金属层，其特征在于：所述光电转换单元包括复数个类型的光电转换子单元吸收不同光谱的光能。

2.如权利要求1所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述光电转换子单元包括但不限于非晶硅a-Si、微晶硅μc-Si、非晶硅锗a-SiGe、铜铟硒CIS、铜铟镓硒CIGS和硫化镉CdS薄膜吸收层。

3.如权利要求2所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述光电转换子单元之间的连接方式为串联连接和/或并联连接。

4.如权利要求2所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述光电转换子单元利用薄膜沉积工艺、热化学工艺、化学液浴沉积工艺和半导体工艺形成。

5.如权利要求1所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电前电极具有栅格状或网格状的表面结构。

6.如权利要求5所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电背电极具有栅格状或网格状的表面结构。

7.如权利要求1、5或6所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述玻璃基板的与空气接触的表面密布凸起。

8.如权利要求7所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述凸起的宽度或尺寸小于可见光的波长。

9.如权利要求1、5或6所述的膜层复合型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述玻璃基板的与空气接触的表面具有微凸透镜阵列。