CN103022020A - 高效率非晶硅与铜铟镓硒叠构太阳电池技术 - Google Patents

高效率非晶硅与铜铟镓硒叠构太阳电池技术 Download PDF

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郑佳仁
刘幼海
刘吉人
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Abstract

本发明主要为先各分别利用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备非晶硅(a-Si)单结太阳电池，与利用蒸镀法或硒化法制备铜铟镓硒(CIGS)太阳电池，并经由两片乙烯醋酸乙烯酯(EVA)与一高穿透率(低铁)玻璃配合四端点封装技术制成一太阳能电池组件，即为本发明产品。本发明选择的非晶硅(a-Si)和铜铟镓硒(CIGS)材料在光谱的搭配十分优异，非晶硅的吸收光谱范围为可见光，而铜铟镓硒可吸收红外光，因此可大幅增加总体吸收光，增加电流密度，加上可因此而减薄非晶硅顶电池的厚度，降低光衰现象，达到高效率薄膜太阳电池组件目标。

Description

高效率非晶硅与铜铟镓硒叠构太阳电池技术
技术领域
本发明关于一种可结合非晶硅(a-Si)与铜铟镓硒(CIGS)的太阳电池新颖技术，藉由两者所负责的工作光谱不同，可充分的利用入射的太阳光，达到高效率太阳电池的目标。 
背景技术
目前由于石化能源的渐渐耗尽，核能发电的危险性，火力发电的污染性，使得新兴能源的发展逐渐获得人们的关注，以太阳电池种类分类的话，可分为(1)单、多晶硅，因发展较早，目前市占率约80%；(2)新兴的薄膜太阳电池约占市场10%，包括非晶硅、微晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等；(3)其余材料，如染料敏化太阳电池等，则因大面积生产与衰竭问题尚待解决，故量非常少。而本发明技术背景为针对非晶硅(a-Si)与铜铟镓硒(CIGS)太阳电池来做整合并利用两者的优点来提升整体转换效率。 
发明内容
本发明选择的非晶硅(a-Si) 和铜铟镓硒(CIGS)材料在光谱的搭配十分优异，非晶硅的吸收光谱范围为可见光，而铜铟镓硒可吸收红外光，因此可大幅增加总体吸收光，增加电流密度，加上可因此而减薄非晶硅顶电池的厚度，降低光衰现象，而本发明最主要的技术就是如何结合两者的优点，关键在于利用两者各自的光伏板，于中间加入一乙烯醋酸乙烯酯(EVA)膜和高穿透率博离来结合，并结合四端点封装技术达到长久使用的可靠度与光的利用率。 
具体实施方式
   兹将本发明非晶硅(a-Si)与铜铟镓硒(CIGS)组件结构说明如附图1，主要为先各分别利用等离子增强化学气相沉积法制备非晶硅单结太阳电池，与利用蒸镀法或硒化法制备铜铟镓硒太阳电池，并经由两片乙烯醋酸乙烯酯(EVA)与一高穿透率(低铁)玻璃配合四端点封装技术制成一太阳能电池组件，即为本发明产品。本发明选择的非晶硅(a-Si:H) 和铜铟镓硒(CIGS)材料在光谱的搭配十分优异，非晶硅材料目前以含氢混和硅做为主要制成元素(a-Si:H)而氢的添加主要是要补非晶硅材料的悬浮键(dangling bond)，但氢气的参杂也可以改变材料队吸收光谱的范围，以未加反射层的非晶硅太阳能板穿透光谱来说，700nm以上有40%-45%左右，这层的厚度约在250 nm-300 nm 如果将其厚度减为2/3并扣除下方3.2mm 玻璃穿透仅80%的穿透率，非晶硅700 nm以上的穿透率预计将可达到85%。反观效率的衰减预估会减损却非是效率7%的2/3因为Staebler-Wronski effect(SWE or LID) 会因膜层变薄而下降，非晶硅光老化效应为10%-15%左右的损失，因此该非晶硅顶电池可达到转换效率为6%。而铜铟镓硒(CIGS)做为下层选择材料，可由该材料的特性来看;铜铟镓硒是由铜、铟、镓以及硒所组成的一三五族化合物半导体材料。该材料是由硒化铜铟(CIS)以及硒化铜镓(CGS)所组成的固溶体(Solid Solution)，化学式写作CuInxGa(1-x)Se2，其中x的值为0(纯硒化铜镓)到1(纯硒化铜铟)。CIGS属于四面体结构的半导体，具有黄铜矿晶体结构，其能隙(bandgap)依据铟、镓比例的不同可从1.0eV(硒化铜铟)变化至1.7eV(纯硒化铜镓)。CIGS属于多晶薄膜的形式，其晶体结构不同于硅晶体的同质pn接面，CIGS 与微晶硅的结构光谱吸收都能达到1.2 eV，小于非晶硅的1.8eV，都是合作下层结构太阳能电池选择，但是微晶结构并不是结晶结构，且单一微晶结构的太阳能电池效率仅5-6%而且沉积厚度必须达1.5微米以上，十分不经济，反观效率提高部分，也仅能增加非晶硅电池效率之30%(非晶硅单结: 7%,非晶硅与微晶硅双结: 9%)，而设备购置成本却会增加将近50%不符经济成本。铜铟镓硒(CIGS)目前商用效率落在10%-12%之间，因此将非晶硅与铜铟镓硒结合双结可比现有常用的非晶硅与微晶硅双结有更好的加成作用，可达15%以上之高效率薄膜太阳电池组件。 

Claims (10)

1.本发明主要为先各分别利用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备非晶硅(a-Si)单结太阳电池，与利用蒸镀法或硒化法制备铜铟镓硒(CIGS)太阳电池，并经由两片乙烯醋酸乙烯酯(EVA)与一高穿透率(低铁)玻璃配合四端点封装技术制成一太阳能电池组件。
2.根据权利要求1所述的非晶硅单结太电池组件，包括氢化非晶硅(a-Si:H)、氦化非晶硅 
   (a-Si:He)与锗化非晶硅(a-SiGe)组件。
3.根据权利要求1所述的非晶硅单结太电池组件，包括透明导电薄膜材料涵盖二氧化锡    
   (SnO2)透明导电膜、氧化锌参杂铝(ZnO:Al)透明导电膜、氧化锌参杂硼(ZnO:B)透明导电  
   膜与ITO透明导电膜。
4.根据权利要求1所述的非晶硅单结太电池组件，包括金属导电层薄膜材料铝(Al)和银(Ag)
   薄膜，其中若使用银薄膜则会加上钛(Ti)薄膜的搭配使用，避免氧化物生成于银表面。
5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒组件，包括铜铟镓硒(CIGS)、硫化铜铟镓硒(CIGSS)与铜 铟硒(CIS)等主要吸收层。
6.根据权利要求1所述的铜铟镓硒组件，所使用的背电极为钼(Mo)。
7.根据权利要求1所述的铜铟镓硒组件，所使用的N结包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)与硒化锌(ZnSe)。
8.根据权利要求1所述的铜铟镓硒组件，所使用的窗口层为本徵层氧化锌(i-ZnO)。
9.根据权利要求1所述的铜铟镓硒组件，所使用的前电级包括参杂铝的氧化锌(ZnO:Al)、氧 
   化锌参杂硼(ZnO:B)透明导电膜与ITO透明导电膜。
10.根据权利要求1所述的四端点封装技术，为利用并联封装方法来封装。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN201369334Y (zh) * 2009-01-15 2009-12-23 李毅 非晶硅太阳能电池组件
CN101872793A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 福建钧石能源有限公司 叠层太阳能电池及其制造方法

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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