CN102496633A

CN102496633A - 一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜

Info

Publication number: CN102496633A
Application number: CN201110423231XA
Authority: CN
Inventors: 李愿杰; 袁小武; 张小宾; 江瑜; 张中伟; 黄添懋; 廖雅琴; 张世勇; 侯泽荣; 程鹏飞; 胡蕴成
Original assignee: Dongfang Electric Corp
Current assignee: Dongfang Electric Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜，包括至少两层减反射膜，由SiN_X、MgF₂、TiO_X、Al₂O_X、SiO₂、ZnO薄膜中的两种或两种以上层叠形成；该多层减反射膜是利用PECVD，EBE等技术，在GaAs系太阳能电池窗口层或顶电池窗口层上生长SiN_X、MgF₂、TiO_X、AlO_X、SiO₂、ZnO等薄膜，通过多层堆叠的方式，形成叠层减反射膜结构；通过子层薄膜的材料选择、厚度匹配和光路设计，达到最佳的多波段减反射效果，在提高电池效率的同时兼顾抗紫外、抗老化、耐高温的要求，是一种应用于GaAs系太阳能电池的理想减反射膜结构。

Description

一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜

技术领域

本发明属于太阳能制造技术领域，涉及GaAs系太阳能电池，具体地说，是一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜。

背景技术

早期的GaAs系太阳能电池由于成本过高的原因大多作为空间电源使用。随着电池技术的进步和制作成本的下降，使得GaAs系太阳能电池也向民用靠拢。目前，聚光光伏的技术路线还没有定型，基于GaAs系高效叠层太阳能电池的聚光光伏技术备受关注。GaAs系高效叠层太阳能电池在概念上属于第三代新型高效薄膜电池，其理论极限效率高达70%，远远高于以晶硅电池为代表的第一代电池和以硅基薄膜、CdTe、CIGS电池等为代表的第二代薄膜电池，未来发展潜力巨大。在实验室研究方面，GaAs系叠层电池的光电转换效率已达到43.5%。基于GaAs系叠层电池的巨大发展潜力，国际领先企业开始推出商品化GaAs系叠层电池，主要是用于聚光光伏发电系统。从技术特性的角度看，聚光光伏发电技术因其光电转化效率高、预期综合成本低、土地占用面积小等特点，是未来大规模建造大型光伏电站的理想技术。

GaAs系太阳能电池的减反射膜（又称抗反射涂层）因为电池片的结构设计和具体应用不同而采取不同的材料和设计。如果使用单层的减反射膜，即使选择适当的减反射层厚度和折射率，也只能将某一特定波长的入射光发射降低到零。然而太阳光的光谱范围包含各种不同波长，零反射条件的选择只能针对某一波长，其波长的光反射会随着与此特定波长的偏离的增大而增加。为了更好的提高减反射膜子不同波段的光学匹配度、同时考虑平衡钝化和短波吸收之间的矛盾，双层膜或者多层膜结构近年来逐渐成为研究热点，并开始规模化应用于太阳能电池的生产当中。

发明内容

本发明的目的是在现有GaAs系太阳能电池的减反射膜技术基础上进行研发，提供一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜，使得减反射效果达到GaAs系太阳能电池的最佳要求。

为达到以上目的，根据太阳光波长的分布特征和GaAs系材料的吸收特点作为总体考虑，研发多层减反射膜技术，提高减反射膜不同波段的光学匹配度、平衡钝化和短波吸收相互抑制关系，使得入射太阳光中的多个波长的反射均降低并尽量接近于零。在GaAs系太阳能电池片产业化生产中运用此技术，使得电池的正面反射率降低，最终达到提高电池效率的目的。

本发明的技术方案如下：

一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜，其特征在于：所述多层减反射膜设置于GaAs系太阳能电池的上面；所述多层减反射膜包括至少两层减反射膜，由SiN_X、MgF₂、TiO_X、Al₂O_X、SiO₂、ZnO薄膜中的两种或两种以上层叠形成。

所述多层减反射膜可以是TiO_X和Al₂O_X双层膜结构，也可以是MgF₂和ZnO双层膜结构，也可以是SiN、 TiO_X和 SiO₂三层膜结构，也可以是MgF₂、ZnO和SiO₂三层膜结构，或者更多层膜组合的结构。

所述多层减反射膜厚度为50~120nm，该叠层减反射膜的折射率为1.8~2.2。

进一步的，所述多层减反射膜为透光膜。

上述的GaAs系太阳能电池多层减反射膜是直接在窗口层上依次生长多层减反射膜的各子层薄膜，而在GaAs系多结电池制备中，则在顶电池窗口层上依次生长多层减反射膜的各子层薄膜。根据子层薄膜的性质需求，采用不同的沉积方式制备不同的高质量子层薄膜，堆叠的子层薄膜构成了GaAs系太阳能电池的减反射膜。该薄膜是具有多层结构，总厚度为50~120nm的透光薄膜，通过子层薄膜的材料选择、厚度匹配形成光学梯度优化，具有良好的多波段减反射效果。多层减反射膜制备完成后再进行金属电极的制备或下一步器件工艺流程，以完成新型GaAs系太阳能电池的制备。

从光学角度分析，对于GaAs系太阳能电池而言，减反射膜介于GaAs系材料和空气之间，以单层减反射膜为例，假设减反射膜的折射率和厚度分别为n₁、d₁，n₀为空气的折射率，n₂为GaAs系材料的折射率，λ为减反射膜的中心波长。当4 n₁d₁=λ时，反射率有最小值：

Figure 201110423231X100002DEST_PATH_IMAGE001

由式中可得当

时反射率达到最小值，GaAs系材料对于不同波长的反射率不同，大约在3.25~3.32之间，因此当n₁=1.82左右时反射率接近于零。但是多层减反射膜原理不同于单层减反射膜，各个子层薄膜之间还存在界面，界面两边的介质又存在折射率的差异，必须通过子层薄膜的材料选择、厚度匹配和光路设计，达到最佳的多波段减反射光学匹配度。同时为适应CPV系统（聚光型光伏系统）的需求，还要求达到抗紫外、抗老化、耐高温的目的。

本发明的有益效果如下：

本发明应用于GaAs系太阳能电池中，可以达到多波段减反射的效果，同时兼顾了抗紫外、抗老化、耐高温的要求，平衡了钝化和短波吸收相互抑制关系，是一种应用于GaAs系太阳能电池的理想减反射膜结构。

附图说明

图1为本发明应用于GaAs系太阳能电池的结构示意图

其中，附图标记为：1、GaAs系太阳能电池，2、多层减反射膜中的其中一层子层薄膜，3、多层减反射膜。

具体实施方式

如图1所示结构图，结合如下方式实施本发明：

在GaAs系太阳能电池1上应用时，在单结电池的窗口层上或者多结电池的顶电池窗口层上，通过低温等离子增强型化学气相沉积（PECVD）技术、电子束蒸发（EBE）技术等制备不同的高质量子层薄膜2。

子层薄膜材料可以是SiN_X、MgF₂、TiO_X、Al₂O_X、SiO₂、ZnO等薄膜中的一种，多层减反射膜3则由其中的两种或两种以上构成，其多层减反射膜结构可以是TiO_X和Al₂O_X双层膜结构，也可以是MgF₂/ZnO双层膜结构，也可以是SiN、 TiO_X和 SiO₂三层膜结构，也可以是MgF₂、ZnO、SiO₂三层膜结构，或者更多层膜组合的结构。

多层减反射膜3的总厚度约为50~120nm，折射率约为1.8~2.2，是一种透光膜。

多层减反射膜制备完成后，再在其之上进行金属电极的制备或下一步器件工艺流程。

Claims

1.一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜，其特征在于：所述多层减反射膜设置于GaAs系太阳能电池的上面；所述多层减反射膜包括至少两层减反射射膜，由SiN_X、MgF₂、TiO_X、Al₂O_X、SiO₂、ZnO薄膜中的两种或两种以上层叠形成。

2.根据权利要求1所述的多层减反射膜，其特征在于：所述多层减反射膜是TiO_X和Al₂O_X双层膜结构，或者是MgF₂和ZnO双层膜结构，或者是SiN_X、 TiO_X和 SiO₂三层膜结构，或者是MgF₂、ZnO和SiO₂三层膜结构。

3.根据权利要求1或2所述的多层减反射膜，其特征在于：所述多层减反射膜厚度为50~120nm，该叠层减反射膜的折射率为1.8~2.2。

4.根据权利要求3所述的多层减反射膜，其特征在于：进一步的，所述多层减反射膜为透光膜。