CN102856421A

CN102856421A - 一种新型三结薄膜太阳能电池及其生产方法

Info

Publication number: CN102856421A
Application number: CN2012103038139A
Authority: CN
Inventors: 董德庆; 庄春泉; 林进达; 王建强; 汪涛
Original assignee: SICHUAN HANERGY PHOTOVOLTAIC CO Ltd
Current assignee: SICHUAN HANERGY PHOTOVOLTAIC CO Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明公开了一种新型三结薄膜太阳能电池，包括由下而上依次排列的玻璃基板、背电极钼层、多结电池单元、窗口层和减反层，减反层上设置有栅电极；多结电池单元由以下电池层由下而上依次排列：P型硒铟铜层、N型硫化镉层、第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层、第一N型非晶硅层、第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层。本发明还公开了一种新型三结薄膜太阳能电池的生产方法，分别通过磁控溅射法、真空硒化退火法或真空蒸镀法制作上述各电池层。本发明所述太阳能电池结合了a-Si/a-SiGe太阳能电池技术与CuInSe2薄膜太阳能电池的特点，拓展太阳光吸收波长范围到500-1100nm，提高光电转换率到20%，而且制造成本低。

Description

一种新型三结薄膜太阳能电池及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其生产方法，尤其涉及一种新型三结薄膜太阳能电池及其生产方法。

背景技术

硅（化学符号：Si）基薄膜太阳能电池以其高的太阳光吸收系数、电池效率的温度系数小、生产成本低、适宜大规模大尺寸生产等优点成为了所有薄膜太阳能电池中产业化程度最高、实际生产规模最大的薄膜太阳能电池。硅基薄膜太阳电池的发展从单结的非晶硅（即a-Si）到双结的非晶硅-非晶锗硅（即a-Si/a-SiGe）。由于非晶硅存在的光致衰减效应，影响了其光电转换率，一般仅为8%。非晶硅-非晶锗硅的光学带隙在1.7-1.4eV之间，其光学带隙较大，不够理想。整体来说，传统的单结和双结的薄膜太阳能电池，其太阳光吸收波长范围较窄，光电转换率较低，能效不够高；而且制造成本较高，不适合规模化的国内量产，成为太阳能电池发展的瓶颈。

专利申请号为“201110283633.4”的发明专利申请文件公开了一种薄膜太阳能电池，从上到下依次包括ITO导电玻璃、PZT薄膜层、a-Si薄膜层和金属电极，PZT薄膜层设于ITO导电玻璃的导电面上；金属电极与a-Si薄膜层形成欧姆接触；所述ITO导电玻璃的导电面与PZT薄膜层构成肖特基接触结构；所述金属电极和ITO导电玻璃的导电面构成太阳能电池的正负电极结构。该专利申请的薄膜太阳能电池采用a-Si/PZT/ITO的结构，具有较高的短路电流和光电转换效率，但其基于PZT/ITO结构的薄膜太阳能电池，而且只是在此基础上加入非晶硅层，依然存在上述传统薄膜太阳能电池的缺陷。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种太阳光吸收波长范围大、光电转换率高的新型三结薄膜太阳能电池及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述新型三结薄膜太阳能电池，包括由下而上依次排列的玻璃基板、背电极钼（化学符号：Mo）层、多结电池单元、窗口层和减反层，所述减反层上设置有栅电极；所述多结电池单元包括三结，由下而上依次为硒铟铜（化学符号：CuInSe2）结、非晶锗硅（化学符号：SiGe）结和非晶硅结，所述硒铟铜结包括由下而上依次排列的P型硒铟铜层和N型硫化镉（化学符号：CdS）层，所述非晶锗硅结包括由下而上依次排列的第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层和第一N型非晶硅层，所述非晶硅结包括由下而上依次排列的第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层。

硒铟铜是一种对直接光电转化具有理想带隙（为1.04eV）和很高吸收常数的化合物半导体，是一种引起人们广泛注意的新型光伏材料，已被简称为cis。硒铟铜的理论最大光电转换效率为24％，其小面积样品的效率已超过15％。硒铟铜电池还具有较低的制作成本，大概为单晶硅电池的1／2～1／3。由于使用的原料无毒，其制造、应用和回收均不涉及环保问题。此外，这种电池性能还具有良好的户外长期稳定性。

具体地，所述P型硒铟铜层的厚度为2微米，所述N型硫化镉层的厚度为30～50纳米，所述第一P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，所述本征非晶锗硅层的厚度为300～400纳米，所述第一N型非晶硅层的厚度为15～20纳米，所述第二P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，所述本征非晶硅层的厚度为150～200纳米，所述第二N型非晶硅层的厚度为15～20纳米。

所述窗口层为氧化锌（化学符号：ZnO）窗口层，所述减反层为氟化镁（化学符号：MgF₂）层，所述栅电极为铝栅电极。

所述玻璃基板的厚度为4毫米，所述背电极钼层的厚度为0.8～1微米。

本发明所述新型三结薄膜太阳能电池的生产方法，包括以下步骤：（1）选用玻璃基板，在玻璃基板上通过磁控溅射钼层的方法作为背电极，即为背电极钼层；（2）制作P型硒铟铜层：在背电极上，采用磁控溅射法，靶材选用铜和铟的合金靶材，然后采用真空硒化退火法制作P型硒铟铜层；制作N型硫化镉层：在P型硒铟铜层上，用真空蒸镀法制作N型硫化镉层；（3）在N型硫化镉层上采用等离子体增强化学气相沉积法由下而上依次制作第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层、第一N型非晶硅层、第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层；（4）在第二N型非晶硅层上通过磁控溅射法制作窗口层，在窗口层上通过真空蒸镀法制作减反层；（5）在减反层上通过电子束热蒸发制作栅电极。

作为优选，所述步骤（2）中，铜和铟的比例为1.13﹕1；硒化温度为420℃，硒化时间为20分钟，硒源温度为200℃；用真空蒸镀法制作N型硫化镉层的温度为550℃。

本发明的有益效果在于：

本发明所述太阳能电池结合了a-Si/a-SiGe太阳能电池技术与CuInSe2薄膜太阳能电池的特点，拓展太阳光吸收波长范围到500-1100nm，提高光电转换率到20%；而且制造成本低，适合规模化的国内量产，为太阳能电池的深度发展打下基础。

附图说明

图1是本发明所述新型三结薄膜太阳能电池的层式结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体描述：

如图1所示，本发明所述新型三结薄膜太阳能电池，包括由下而上依次排列的玻璃基板、背电极钼层、多结电池单元、氧化锌窗口层和氟化镁减反层，氟化镁减反层上设置有铝栅电极10；多结电池单元包括三结，由下而上依次为硒铟铜结、非晶锗硅结和非晶硅结，硒铟铜结为P1和N1，非晶锗硅结为P2、I2和N2，非晶硅结为P3、I3和N3，具体地，硒铟铜结包括由下而上依次排列的P型硒铟铜层和N型硫化镉层，非晶锗硅结包括由下而上依次排列的第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层和第一N型非晶硅层，非晶硅结包括由下而上依次排列的第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层。

如图1所示，P型硒铟铜层的厚度为2微米，N型硫化镉层的厚度为30～50纳米，第一P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，本征非晶锗硅层的厚度为300～400纳米，第一N型非晶硅层的厚度为15～20纳米，第二P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，本征非晶硅层的厚度为150～200纳米，第二N型非晶硅层的厚度为15～20纳米；玻璃基板的厚度为4毫米，背电极钼层的厚度为0.8～1微米。

所述窗口层为氧化锌窗口层，所述减反层为氟化镁层，所述栅电极为铝栅电极。

结合图1，本发明所述新型三结薄膜太阳能电池的生产方法，包括以下步骤：（1）选用玻璃基板，在玻璃基板上通过磁控溅射钼层的方法作为背电极，即为背电极钼层；（2）制作P型硒铟铜层：在背电极上，采用磁控溅射法，靶材选用铜和铟的合金靶材，铜和铟的比例为1.13﹕1，然后采用真空硒化退火法制作P型硒铟铜层，硒化温度为420℃，硒化时间为20分钟，硒源温度为200℃；制作N型硫化镉层：在P型硒铟铜层上，用真空蒸镀法制作N型硫化镉层，温度为550℃；（3）在N型硫化镉层上采用等离子体增强化学气相沉积法由下而上依次制作第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层、第一N型非晶硅层、第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层；（4）在第二N型非晶硅层上通过磁控溅射法制作氧化锌窗口层，在氧化锌窗口层上通过真空蒸镀法制作减反层；（5）在氟化镁减反层上通过电子束热蒸发制作铝栅电极。

制作过程中，控制各层的最后厚度如下：P型硒铟铜层的厚度为2微米，N型硫化镉层的厚度为30～50纳米，第一P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，本征非晶锗硅层的厚度为300～400纳米，第一N型非晶硅层的厚度为15～20纳米，第二P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，本征非晶硅层的厚度为150～200纳米，第二N型非晶硅层的厚度为15～20纳米；玻璃基板的厚度为4毫米，背电极钼层的厚度为0.8～1微米。

上述实施例只是对于本发明进行说明，而不是对本发明的保护范围的限制。本领域的技术人员在本发明的启示下，可能做出一些变通的实施方式，均属于本发明的保护的范围。变通的实施方式比如：

1、改变硒铟铜和硫化镉的成膜方法及厚度，方法如蒸镀、电解沉积法、喷涂沉积法、丝网印刷法。

2、改变氟化镁减反层为ZnO、Al、ITO、FTO等其他减反层，改变非晶硅层或非晶锗硅层的厚度。

3、改变背电极钼层的金属为Ag、Al、Mo、Cu、Ni、NiCr或合金，改变背电极的厚度范围。

Claims

1.一种新型三结薄膜太阳能电池，包括由下而上依次排列的玻璃基板、背电极钼层、多结电池单元、窗口层和减反层，所述减反层上设置有栅电极；

其特征在于：所述多结电池单元包括三结，由下而上依次为硒铟铜结、非晶锗硅结和非晶硅结，所述硒铟铜结包括由下而上依次排列的P型硒铟铜层和N型硫化镉层，所述非晶锗硅结包括由下而上依次排列的第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层和第一N型非晶硅层，所述非晶硅结包括由下而上依次排列的第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层。

2.根据权利要求1所述的新型三结薄膜太阳能电池，其特征在于：所述P型硒铟铜层的厚度为2微米，所述N型硫化镉层的厚度为30～50纳米，所述第一P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，所述本征非晶锗硅层的厚度为300～400纳米，所述第一N型非晶硅层的厚度为15～20纳米，所述第二P型非晶硅层的厚度为25～40纳米，所述本征非晶硅层的厚度为150～200纳米，所述第二N型非晶硅层的厚度为15～20纳米。

3.根据权利要求1所述的新型三结薄膜太阳能电池，其特征在于：所述窗口层为氧化锌窗口层，所述减反层为氟化镁层，所述栅电极为铝栅电极。

4.根据权利要求1所述的新型三结薄膜太阳能电池，其特征在于：所述玻璃基板的厚度为4毫米，所述背电极钼层的厚度为0.8～1微米。

5.一种如权利要求1所述的新型三结薄膜太阳能电池的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）选用玻璃基板，在玻璃基板上通过磁控溅射钼层的方法作为背电极，即为背电极钼层；（2）制作P型硒铟铜层：在背电极上，采用磁控溅射法，靶材选用铜和铟的合金靶材，然后采用真空硒化退火法制作P型硒铟铜层；制作N型硫化镉层：在P型硒铟铜层上，用真空蒸镀法制作N型硫化镉层；（3）在N型硫化镉层上采用等离子体增强化学气相沉积法由下而上依次制作第一P型非晶硅层、本征非晶锗硅层、第一N型非晶硅层、第二P型非晶硅层、本征非晶硅层和第二N型非晶硅层；（4）在第二N型非晶硅层上通过磁控溅射法制作窗口层，在窗口层上通过真空蒸镀法制作减反层；（5）在减反层上通过电子束热蒸发制作栅电极。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中，铜和铟的比例为1.13﹕1；硒化温度为420℃，硒化时间为20分钟，硒源温度为200℃。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用真空蒸镀法制作N型硫化镉层的温度为550℃。