CN102222708A

CN102222708A - 一种新型高效三结硅薄膜太阳电池

Info

Publication number: CN102222708A
Application number: CN2010101483237A
Authority: CN
Inventors: 孙福河; 罗培青; 章昌台; 高石崇; 郑加镇; 訾威
Original assignee: JIANGSU BAISHIDE SOLAR ENERGY HIGH-TECH CO LTD
Current assignee: JIANGSU BAISHIDE SOLAR ENERGY HIGH-TECH CO LTD
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种新型高效三结硅薄膜太阳电池，包括非晶硅顶电池、微晶硅中间电池、微晶硅锗底电池三结电池结构，且所述电池的结构均为P/I/N型；所述非晶硅顶电池的上部设置有透明导电玻璃衬底；所述微晶硅锗底电池的下部依次设置有透明导电薄膜和金属层；本发明利用一种窄带隙可调(1.1eV-0.66eV)的低缺陷微晶硅锗薄膜，制备吸收系数高、光谱响应范围宽的微晶硅锗底电池，可大幅度增加对长波长太阳光的吸收，拓展太阳电池的光谱响应范围，更充分地提高太阳电池的吸收效率和光电转换效率，同时，降低了电池厚度，成为解决当前硅薄膜电池效率低，稳定性差等问题的重要途径，对引领本产业的发展，对本产业科技推动以及社会经济效益有着非常重要的意义。

Description

一种新型高效三结硅薄膜太阳电池

技术领域

本发明涉及一种高效三结硅薄膜太阳电池，尤其是涉及一种以微晶硅锗为底电池的新型高效三结硅薄膜太阳电池，属于薄膜太阳电池的技术领域。

背景技术

近年光伏产业的快速发展造成硅材料严重短缺，使原材料消耗相对较低的非晶硅电池得到快速发展。但是，与体硅电池相比，非晶硅薄膜电池的效率和稳定性还比较低，进一步的技术提升和产品换代迫在眉睫。非晶硅/微晶硅叠层电池以及非晶硅/微晶硅/微晶硅三结太阳电池的出现，在一定程度上解决了单结非晶硅太阳电池效率低、易衰退的弱点。然而，微晶硅材料吸收系数较低，在叠层电池结构中需要1微米以上的厚度才能满足对太阳光谱的充分吸收；尤其对于三结非晶硅/微晶硅/微晶硅太阳电池来说，要能达到电池的最佳匹配，微晶硅底电池厚度应在2μm以上，其总厚度大于4μm，这大大延长了电池的制备时间。

此外，微晶硅材料带隙在1.1eV左右，小于这一能量的光子难以被吸收，造成一定的光损失。而太阳电池所利用的太阳光谱，它在可见光部分能量只有不到50％。要想提高电池的效率，把其光谱响应延伸到1.1eV以下是非常重要的，因为这包括了太阳光90％以上的能量。

因此，在不增加电池总厚度的条件下，如何充分利用太阳光谱，提高太阳电池的光电转换效率，降低其发电成本至关重要，以期尽快实现平价上网，加速其替代传统能源的步伐。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种新型高效非晶硅/微晶硅/微晶硅锗三结硅薄膜太阳电池。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种新型高效三结硅薄膜太阳电池，包括非晶硅顶电池、微晶硅中间电池、微晶硅锗底电池三结电池结构，且所述电池的结构均为P/I/N型；所述非晶硅顶电池的上部设置有透明导电玻璃衬底；所述微晶硅锗底电池的下部依次设置有透明导电薄膜和金属层；所述透明导电玻璃衬底为SnO2或ZnO；所述透明导电薄膜为ZnO；所述金属层为Al或Ag。

优选的，所述非晶硅顶电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的非晶硅或非晶硅碳，I型硅基薄膜采用非晶硅，N型硅基薄膜采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅。

优选的，所述非晶硅顶电池，还包括在P/I界面间引入缓冲层B，该缓冲层B厚度为0-50nm。

优选的，所述微晶硅中间层电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的微晶硅或纳米硅，I型硅基薄膜采用微晶硅，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I型硅基薄膜晶化率Xc值为50％-70％，N型硅基薄膜采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅。

优选的，所述微晶硅锗底电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的微晶硅或微晶硅锗，I型硅基薄膜采用微晶硅锗，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I型硅基薄膜晶化率Xc值为50％-70％，，N型硅基薄膜采用磷掺杂的非晶硅、微晶硅或纳米硅。

本发明利用一种窄带隙可调(1.1eV-0.66eV)的低缺陷微晶硅锗薄膜，制备吸收系数高、光谱响应范围宽的微晶硅锗薄膜电池。将其与非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池组成三结叠层太阳电池，可大幅度增加对长波长太阳光的吸收，拓展太阳电池的光谱响应范围，更充分地提高太阳电池的吸收效率和光电转换效率，同时，降低了电池厚度，成为解决当前硅薄膜电池效率低，稳定性差等问题的重要途径，对引领本产业的发展，对本产业科技推动以及社会经济效益有着非常重要的意义。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明的一种新型高效三结硅薄膜太阳电池的结构示意图；

附图2为附图1的结构细化示意图；

其中：1、透明导电玻璃衬底；2、非晶硅顶电池；3、微晶硅中间层电池；4、微晶硅锗底电池；5、透明导电薄膜；6、金属层；7、太阳光；10、透明导电玻璃衬底；11、P1型硅基薄膜；12、I1型非晶硅薄膜；13、N1型硅基薄膜；14、P2型硅基薄膜；15、I2型微晶硅薄膜；16、N2型硅基薄膜；17、P3型硅基薄膜；18、I3型微晶硅锗薄膜；19、N3型硅基薄膜；20、透明导电薄膜T；21、金属层；22、太阳光。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案进行详细说明：

如附图1所示的为本发明所述的一种新型高效三结硅薄膜太阳电池，包括非晶硅顶电池2、微晶硅中间电池3、微晶硅锗底电池4三结电池结构，且所述电池的结构均为P/I/N型；所述非晶硅顶电池2的上部设置有透明导电玻璃衬底1；所述微晶硅锗底电池4的下部依次设置有透明导电薄膜5和金属层6；所述透明导电玻璃衬底1为SnO 2或ZnO；所述透明导电薄膜5为ZnO；所述金属层6为Al或Ag，太阳光7照在透明导电玻璃衬底1上。

如附图2所示的为本发明所述的一种新型高效三结硅薄膜太阳电池，所述非晶硅顶电池2，采用P/I/N结构，厚度0.2-0.4μm；P1型硅基薄膜11采用硼掺杂的非晶硅或非晶硅碳，I1型硅基薄膜12采用非晶硅，N1型硅基薄膜13采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅；所述非晶硅顶电池2，还包括在P/I界面间引入缓冲层B，该缓冲层B厚度为0-50nm。所述微晶硅中间层电池3，采用P/I/N结构，厚度1.0-1.5μm；P2型硅基薄膜14采用硼掺杂的微晶硅或纳米硅，I2型硅基薄膜15采用微晶硅，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I2型硅基薄膜15晶化率Xc值为50％-70％，N2型硅基薄膜16采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅。所述微晶硅锗底电池4，采用P/I/N结构，厚度0.5-1.0μm；P3型硅基薄膜17采用硼掺杂的微晶硅或微晶硅锗，I3型硅基薄膜18采用微晶硅锗，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I3型硅基薄膜18晶化率Xc值为50％-70％，，N3型硅基薄膜19采用磷掺杂的非晶硅、微晶硅或纳米硅。所述P1型硅基薄膜11的上部设置有透明导电玻璃衬底10；所述N3型硅基薄膜19的下部依次设置有透明导电薄膜20和金属层21；所述透明导电玻璃衬底10为SnO2或ZnO；所述透明导电薄膜20为ZnO；所述金属层21为Al或Ag，太阳光22照在透明导电玻璃衬底10上。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种新型高效三结硅薄膜太阳电池，其特征在于：包括非晶硅顶电池、微晶硅中间电池、微晶硅锗底电池三结电池结构，且所述电池的结构均为P/I/N型；所述非晶硅顶电池的上部设置有透明导电玻璃衬底；所述微晶硅锗底电池的下部依次设置有透明导电薄膜和金属层；所述透明导电玻璃衬底为SnO2或ZnO；所述透明导电薄膜为ZnO；所述金属层为Al或Ag。

2.根据权利要求1所述的新型高效三结硅薄膜太阳电池，其特征在于：所述非晶硅顶电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的非晶硅或非晶硅碳，I型硅基薄膜采用非晶硅，N型硅基薄膜采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅。

3.根据权利要求2所述的新型高效三结硅薄膜太阳电池，其特征在于：所述非晶硅顶电池，还包括在P/I界面间引入缓冲层B，该缓冲层B厚度为0-50nm。

4.根据权利要求1所述的新型高效三结硅薄膜太阳电池，其特征在于：所述微晶硅中间层电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的微晶硅或纳米硅，I型硅基薄膜采用微晶硅，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I型硅基薄膜晶化率Xc值为50％-70％，N型硅基薄膜采用磷掺杂的微晶硅或纳米硅。

5.根据权利要求1所述的新型高效三结硅薄膜太阳电池，其特征在于：所述微晶硅锗底电池，采用P/I/N结构，P型硅基薄膜采用硼掺杂的微晶硅或微晶硅锗，I型硅基薄膜采用微晶硅锗，通过改变薄膜的晶态比值Xc制成，所述I型硅基薄膜晶化率Xc值为50％-70％，，N型硅基薄膜采用磷掺杂的非晶硅、微晶硅或纳米硅。