CN103000738A - 一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池，包括：顶部可吸收偏向短波高能太阳光的碲化镉太阳能电池和底部可吸收偏向长波低能太阳光的多晶硅太阳能电池。顶部碲化镉太阳能电池的透明导电层由p型碳纳米管涂层和p型透明导电膜组成，有效改善了透明导电层在碲化镉吸收层上的附着性。叠合时采用顶部碲化镉太阳能电池的背电极和底部多晶硅太阳能电池的表面电极完全重合，可使多晶硅太阳能电池的受光面可充分吸收从顶部电池透过的光子。这种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池结构不仅扩展了对太阳光谱的吸收范围，而且简化了制备工艺，降低了电池成本。

Description

一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池

技术领域

本发明涉及太阳能电池，具体是指一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池结构。

背景技术

CdTe是能隙为1.45eV的直接禁带半导体材料，很接近太阳电池需要的最优化能隙，吸收系数约为10⁵cm^-1，就太阳辐射光谱中能量高于CdTe能隙的范围而言，1微米厚的CdTe可以有效吸收其99％。目前国际上CdTe太阳电池的光电转换效率已达17.3％。

多晶硅太阳能电池以其转换效率较高(19.8％)、性能稳定和成本适中而得到越来越广泛的应用。多晶硅太阳能电池对原料的纯度要求低，原料的来源渠道也较为广阔，可由铸锭而成，适合大规模商业化生产，多线切割工艺可为电池生产提供不同规格的硅片，以适应不同用途，并使生产成本大大降低。

多晶硅太阳能电池多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料融化浇铸而成。其过程是选择电阻率为100～300Ω·cm的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用V(氢氟酸)∶V(硝酸)＝1∶5混合液进行适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，烘干。用石英坩埚装好多晶硅料，加入适量硼硅，放入浇铸炉，在真空状态中加热熔化。熔化后保温20min，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体，以便切片加工成方形太阳能电池片，提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，虽然光电转化效率稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简单，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到了快速发展。目前多晶硅太阳能电池的产量已超越单晶硅太阳能电池，占据市场的主导地位。

为了最大程度地有效利用更宽广波长范围内的太阳光能量，提高太阳电池的转换效率，往往把太阳光谱分成连续的若干部分，用能量宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这样就有可能最大限度地将太阳光能转换成电能，具有这种结构的太阳能电池称为叠层电池。

目前如何寻求新材料、新结构来改善太阳能电池的光伏性能参数是困扰光伏工作者的最大难题之一。在对传统太阳电池研究的基础上，叠层太阳电池的研究备受光伏界的关注。

发明内容

本发明的目的就是要提出一种具有叠层结构的，制作简单、低成本的碲化镉/多晶硅叠层太阳能电池。

本发明的碲化镉/多晶硅叠层太阳能电池，包括：一位于顶部的吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池，以及一位于底部的吸收偏向长波的低能太阳光的多晶硅太阳能电池。

所述的碲化镉太阳能电池，包括：玻璃衬底，在玻璃衬底上依次沉积有透明导电氧化物前电极层、n型CdS窗口层、p型碲化镉吸收层、透明导电层、背电极。

所述的多晶硅太阳能电池由在多晶硅薄片上通过扩散形成的多晶硅半导体n型层和p型层，该n型层和p型层构成pn结，在pn结的表面和背面通过印刷形成的表面电极和背面电极组成。

所述的碲化镉太阳能电池的背电极和多晶硅太阳能电池的表面电极的形状和大小完全一致。

本发明结构的优点在于：不仅扩展了对太阳光谱的吸收范围，而且简化了制备工艺，降低了电池成本。

附图说明

图1为本发明的碲化镉/多晶硅叠层太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明的制备顶部碲化镉太阳能电池背电极及多晶硅太阳能电池的表面电极用的掩模板结构示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的较佳实施例，并结合附图做详细说明。

见图1，该碲化镉/多晶硅叠层太阳能电池，包括：顶部可吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池和底部可吸收偏向长波的低能太阳光的多晶硅太阳能电池。

其中顶部碲化镉太阳能电池，包括：玻璃衬底1，在玻璃衬底1上依次沉积的透明导电氧化物前电极层2、n型CdS窗口层3、p型碲化镉吸收层4、透明导电层5、背电极6。

其制备过程如下：

首先，在玻璃衬底1上热蒸发厚度为200～800纳米的透明导电氧化物前电极层2，材料为ITO、SnO₂:F、ZnO:Al中的任一种。

在前电极层2上磁控溅射厚度为50～100纳米的n型CdS窗口层3。

采用射频溅射方法在n型CdS窗口层3上沉积p型碲化镉吸收层4，厚度为500～2000纳米。

把制备好的p型碲化镉吸收层4放置在涂覆有CdCl₂颗粒的石墨舟中，放入快速退火炉中进行退火。退火温度在360～500℃，退火时间20～60分钟。

退火结束后，用化学喷涂方法在碲化镉吸收层4上沉积50～400纳米的p型碳纳米管涂层和用热蒸发方法蒸镀200-500纳米的p型透明导电膜一起作为透明导电层5。

然后把掩模板(如图2)覆盖在透明导电层5上，用热蒸发方法依次沉积3～4纳米的Cu和20～30纳米的Au作为背电极6。

在碲化镉顶电池中，采用p型碳纳米管涂层和p型透明导电膜作为透明导电层5，主要是因为通常的透明导电膜为n型，如果直接沉积在p型吸收层上作背接触，会产生与主结相反的结，阻碍载流子的输运。如果选取常用的p型透明导电膜，其载流子浓度则比常见的n型透明导电膜低一到两个数量级。由于碳纳米管涂层具有较高的电导率和透明度，导电类型为p型，与主结的n型层作用，会使p型碲化镉吸收层的耗尽层变宽，有利于提高电池的开路电压和填充因子，增大器件的效率，因此非常适宜做叠层电池顶电池的透明导电层。但是因为碳纳米管涂层的附着性较差，因此在p型碳纳米管涂层上再蒸镀一层p型透明导电膜，从而改善透明导电层5在碲化镉吸收层4上的附着性。

其中底部多晶硅太阳能电池，包括：表面电极7、多晶硅半导体n型层8和p型层9形成的pn结、背面电极10。

其制备过程如下：

采用扩散的方法，在多晶硅薄片上制造pn结，利用丝网印刷的方法在其表面和背面直接印刷金属电极。

为避免顶部碲化镉太阳能电池的背电极6遮盖底部多晶硅太阳能电池的受光面，在制备碲化镉太阳能电池的背电极6和多晶硅太阳能电池的表面电极7时，采用完全相同的掩模板，如图2。

分别在碲化镉顶电池的透明导电氧化物前电极层2和背电极6上焊铟，接出引线作为顶电池的负极和正极。分别从多晶硅底电池的表面电极7和背面电极10接出引线作为底电池的负极和正极。然后，将碲化镉太阳能电池与多晶硅太阳能电池叠合在一起，使碲化镉太阳能电池的背电极6与多晶硅太阳能电池的表面电极7完全重合，以避免背电极6遮盖多晶硅太阳能电池的受光面，将叠合好的太阳能电池封装即可得到双结四端的碲化镉/多晶硅机械叠层太阳能电池。

Claims (4)

1.一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池，其特征在于，包括：一位于顶部的吸收偏向短波高能太阳光的碲化镉太阳能电池，以及一位于底部的吸收偏向长波低能太阳光的多晶硅太阳能电池；

所述的碲化镉太阳能电池，包括：玻璃衬底(1)，在玻璃衬底上依次沉积有透明导电氧化物前电极层(2)、n型CdS窗口层(3)、p型碲化镉吸收层(4)、透明导电层(5)、背电极(6)；

所述的多晶硅太阳能电池由在多晶硅薄片上通过扩散形成的n型层(8)和p型层(9)，该n型层(8)和p型层(9)构成pn结，在pn结的表面和背面通过印刷形成的表面电极(7)和背面电极(10)组成。

2.根据权利要求1的一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池，其特征在于：所述的碲化镉太阳能电池的背电极(6)和多晶硅太阳能电池的表面电极(7)的形状和大小完全一致。

3.根据权利要求1的一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池，其特征在于：所述的顶部碲化镉太阳能电池和底部的多晶硅太阳能电池叠合时，背电极(6)和表面电极(7)要完全重合。

4.根据权利要求1的一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池，其特征在于：所述的顶部碲化镉太阳能电池的透明导电层5由在碲化镉吸收层4上依次生长的p型碳纳米管涂层和p型透明导电膜组成。

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