CN103606576A - 一种太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池，具有以下结构：具有衬底，在衬底上依次具有第一过渡金属层，粗化金属层、p型半导体层、n型半导体层、第二过渡金属层、ZnO层以及透明导电层。衬底具有平坦的上表面，第一过渡金属层的上表面与粗化金属层的下表面之间的接触面为第一粗化面，粗化金属层的上表面与p型半导体层的下表面之间的接触面为第二粗化面；p型半导体层的上表面与n型半导体层的下表面之间的接触面为第三粗化面；n型半导体层的上表面与第二过渡金属层的下表面之间的接触面为第四粗化面；第二过渡金属层的上表面与ZnO层的下表面之间的接触面为平坦的接触面；ZnO层的上表面与透明导电层的下表面之间的接触面为平坦的接触面。

Description

一种太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池元件，尤涉及一种高发电效率的薄膜太阳能电池。
背景技术
薄膜太阳能电池中，含铜铟镓硒四元素（CIGS）由于其高光电效率及低材料成本，被许多人看好。在实验室完成的CIGS光电池，光电效率最高可达约19％，就模块而言，最高也可达约13％。
中国专利文献CN101764169B公开了一种太阳能电池单元，其中，图1公开的是传统的CIGS太阳能电池结构10，其为层叠结构且包含一衬底11、一金属层12、一CIGS层13、一缓冲层14以及一透明电极层(TCO)15。衬底11一般为玻璃衬底，金属层12可以钼(Mo)金属层组成，以配合CIGS的化学性质及可承受沉积CIGS层13时的相对高温。CIGS层13属p型半导体层。缓冲层14可为硫化镉(CdS)，其为n型半导体层，且与CIGS层13形成p-n结。透明导电层15可为掺铝氧化锌(AZO)或其他透明导电材料。导电层15也有称为窗层(window layer)，其可让上方的光线通过而至其下的CIGS层13。
图2公开的是在具有粗糙面的衬底上形成电池单元，从而增加p-n结的表面积来光电流密度，从而提升发电效率。然而，通过粗化表面来增加表面积虽然可以增加光电流密度，但是粗糙表面的粗糙度必须精确控制，否则粗糙度不够，增加的面积以及增加的光线吸收量有限，过于粗糙的话，又会造成金属膜22不易形成在衬底21上。并且上述文献还通过形成ZnO的载子阻挡层25，以防止金属层22及透明导电层26间短路，从而提高了器件的可靠性，但是ZnO的载子阻挡层25直接形成在n型半导体层24上仍然存在不易结合的问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种既能提高表面积以增加光电流密度，又无需精确控制表面粗糙度，同时还能获得各层紧密结合的太阳能电池。
首先对本发明提出的“上”、“下”进行定义，本发明所指的“上”是附图中，面向附图时的上方，其包括直接接触或不接触的上方。本发明所指的“下”是附图中，面向附图时的下方，其包括直接接触或不接触的下方。
本发明提出的太阳能电池具有以下结构：具有衬底，在衬底上依次具有第一过渡金属层，粗化金属层、p型半导体层、n型半导体层、第二过渡金属层、ZnO层以及透明导电层。衬底具有平坦的上表面，第一过渡金属层的上表面与粗化金属层的下表面之间的接触面为第一粗化面，粗化金属层的上表面与p型半导体层的下表面之间的接触面为第二粗化面；p型半导体层的上表面与n型半导体层的下表面之间的接触面为第三粗化面；n型半导体层的上表面与第二过渡金属层的下表面之间的接触面为第四粗化面；第二过渡金属层的上表面与ZnO层的下表面之间的接触面为平坦的接触面；ZnO层的上表面与透明导电层的下表面之间的接触面为平坦的接触面；
其中，所述衬底为硅衬底或玻璃衬底；所述第一过渡金属层为金属铝；所述粗化金属层为金属钼、金属镍、金属钛，或者为金属化合物，例如ITO（氧化铟锡）；所述p型半导体层为铜铟镓硒硫(CIGSS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硫(CIS)、铜铟硒(CIS)；n型半导体层形成于该p型半导体层上，且与该p型半导体层形成粗糙的p-n结。n型半导体层为硫化镉(CdS)、硫化亚铜（Cu2S）、硒化镉（CdSe）、硫化锌(ZnS)或硫化铟(InS)；第二过渡金属层为金属铝或金属钼；透明导电层为氧化铟锡（ITO）、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铝镓锌氧化物(GAZO)、镉锡氧化物、氧化锌或二氧化锆。
附图说明
图1和图2为现有的太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明提出的太阳能电池的结构示意图；
具体实施方式
实施例：
下面介绍本发明提出的太阳能电池的实施例：
参见图3，本发明提出的太阳能电池具有以下结构：具有衬底31，在衬底31上依次具有第一过渡金属层32，粗化金属层33、p型半导体层34、n型半导体层35、第二过渡金属层36、ZnO层37以及透明导电层38。衬底31具有平坦的上表面，第一过渡金属层32的上表面与粗化金属层33的下表面之间的接触面为第一粗化面41，粗化金属层33的上表面与p型半导体层34的下表面之间的接触面为第二粗化面42；p型半导体层34的上表面与n型半导体层35的下表面之间的接触面为第三粗化面43；n型半导体层35的上表面与第二过渡金属层36的下表面之间的接触面为第四粗化面44；第二过渡金属层36的上表面与ZnO层37的下表面之间的接触面为平坦的接触面；ZnO层37的上表面与透明导电层38的下表面之间的接触面为平坦的接触面；
其中，所述衬底31为硅衬底或玻璃衬底；所述第一过渡金属层32为金属铝；所述粗化金属层33为金属钼、金属镍、金属钛，或者为金属化合物，例如ITO（氧化铟锡）；所述p型半导体层34为铜铟镓硒硫(CIGSS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硫(CIS)、铜铟硒(CIS)；n型半导体层形35成于该p型半导体层34上，且与该p型半导体层34形成粗糙的p-n结。n型半导体层35为硫化镉(CdS)、硫化亚铜（Cu2S）、硒化镉（CdSe）、硫化锌(ZnS)或硫化铟(InS)；第二过渡金属层36为金属铝或金属钼；透明导电层38为氧化铟锡（ITO）、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铝镓锌氧化物(GAZO)、镉锡氧化物、氧化锌或二氧化锆。
其中第一粗化面41的粗糙度介于1微米至200微米之间；第二粗化面2的粗糙度介于0.05微米至120微米之间，第三粗化面43的粗糙度介于0.05微米至120微米之间，第四粗化面44的粗糙度介于0.1微米至120微米之间。
其中，n型半导体层35的厚度远小于p型半导体层34的厚度，例如，n型半导体层35厚度为p型半导体层34厚度的1/12至1/8。
第一优选实施例：
下面介绍本发明提出的太阳能电池的第一优选实施例：
参见图3，本发明提出的太阳能电池具有以下结构：具有衬底31，在衬底31上依次具有第一过渡金属层32，粗化金属层33、p型半导体层34、n型半导体层35、第二过渡金属层36、ZnO层37以及透明导电层38。衬底31具有平坦的上表面，第一过渡金属层32的上表面与粗化金属层33的下表面之间的接触面为第一粗化面41，粗化金属层33的上表面与p型半导体层34的下表面之间的接触面为第二粗化面42；p型半导体层34的上表面与n型半导体层35的下表面之间的接触面为第三粗化面43；n型半导体层35的上表面与第二过渡金属层36的下表面之间的接触面为第四粗化面44；第二过渡金属层36的上表面与ZnO层37的下表面之间的接触面为平坦的接触面；ZnO层37的上表面与透明导电层38的下表面之间的接触面为平坦的接触面；
其中，所述衬底31为玻璃衬底；所述第一过渡金属层32为金属铝；所述粗化金属层33为金属钼；所述p型半导体层34为铜铟镓硒(CIGS)；n型半导体层形35成于该p型半导体层34上，且与该p型半导体层34形成粗糙的p-n结。n型半导体层35为硫化镉(CdS)；第二过渡金属层36为金属铝；透明导电层38为氧化铟锡（ITO）；
其中第一粗化面41的粗糙度为50微米；第二粗化面2的粗糙度介于20微米，第三粗化面43的粗糙度为20微米，第四粗化面44的粗糙度为50微米。
其中，n型半导体层35的厚度远小于p型半导体层34的厚度，例如，n型半导体层35厚度为p型半导体层34厚度的1/10。
第二优选实施例：
下面介绍本发明提出的太阳能电池的第二优选实施例：
第二优选实施例提出的太阳能电池在结构上与第一优选实施例相同；不同之处在于：
第一粗化面41的粗糙度为80微米；第二粗化面2的粗糙度介于110微米，第三粗化面43的粗糙度为110微米，第四粗化面44的粗糙度为80微米。n型半导体层35厚度为p型半导体层34厚度的1/9。
最后，本发明提出的太阳能电池经过实验，得出如下表1所示的实验结果：
表1
由上表1的实验结果可见，与CN101764169B所公开的太阳能电池元件相比，本发明提出的太阳能电池结构中，表面粗糙度无需控制到0.01微米的程度，因此在制造过程中，形成粗糙化的表面更容易实现。同时，通过形成过渡金属层，解决了粗化金属层与衬底结合难的问题。而由上述实验结果来看，本发明提出的太阳能电池结构，其无需非常精确的控制表面的粗糙度，却可以得出与现有技术中经过粗糙化处理的太阳能电池（图2所示的结构）几乎一样甚至更优的发电效率。
至此已对本发明做了详细的说明，但前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种太阳能电池，具有以下结构：具有衬底，在衬底上依次具有第一过渡金属层，粗化金属层、p型半导体层、n型半导体层、第二过渡金属层、ZnO层以及透明导电层。衬底具有平坦的上表面，第一过渡金属层的上表面与粗化金属层的下表面之间的接触面为第一粗化面，粗化金属层的上表面与p型半导体层的下表面之间的接触面为第二粗化面；p型半导体层的上表面与n型半导体层的下表面之间的接触面为第三粗化面；n型半导体层的上表面与第二过渡金属层的下表面之间的接触面为第四粗化面；第二过渡金属层的上表面与ZnO层的下表面之间的接触面为平坦的接触面；ZnO层的上表面与透明导电层的下表面之间的接触面为平坦的接触面。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
其中，所述衬底为硅衬底或玻璃衬底；所述第一过渡金属层为金属铝；所述粗化金属层为金属钼、金属镍、金属钛，或者为金属化合物，例如ITO（氧化铟锡）；所述p型半导体层为铜铟镓硒硫(CIGSS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硫(CIS)、铜铟硒(CIS)；n型半导体层形成于该p型半导体层上，且与该p型半导体层形成粗糙的p-n结。n型半导体层为硫化镉(CdS)、硫化亚铜（Cu2S）、硒化镉（CdSe）、硫化锌(ZnS)或硫化铟(InS)；第二过渡金属层为金属铝或金属钼；透明导电层为氧化铟锡（ITO）、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铝镓锌氧化物(GAZO)、镉锡氧化物、氧化锌或二氧化锆。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：
第一粗化面的粗糙度介于1微米至200微米之间；第二粗化面的粗糙度介于0.05微米至120微米之间，第三粗化面的粗糙度介于0.05微米至120微米之间，第四粗化面的粗糙度介于0.1微米至120微米之间。
n型半导体层的厚度远小于p型半导体层的厚度，例如，n型半导体层厚度为p型半导体层厚度的1/12至1/8，优选为1/10或1/9。
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