CN104600130A - 一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种硅基薄膜太阳能电池，包括：导电玻璃基板、减反散射层和发电层；所述减反散射层设置在所述导电玻璃基板上，并靠近所述导电玻璃基板的导电薄膜的一侧；所述发电层设置在所述减反散射层上；通过所述减反散射层的设置，能够减小硅基薄膜太阳能电池各层界面反射光，进而避免在玻璃基板表面形成色差；本申请还提供一种硅基薄膜太阳能电池的制备方法。

Description

一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种新型能源领域，具体涉及一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，随着社会和经济的飞速发展，能源需求日益增大。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，其按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类；按照材料可分为硅基薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形。其中，硅基薄膜电池本身(玻璃板)可以作为建筑材料，也不影响建筑的美观，而其生产成本非常低廉，所以硅基薄膜电池在建筑领域具有独特的优势，并已经被应用于BIPV中。
所谓BIPV(Building Integrated PV)是指光伏建筑一体化，是将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上。其可以分为两种，一种是光伏方阵与建筑的结合，建筑物作为光伏方阵的载体，起支撑作用；另一种是光伏方阵与建筑物的集成，光伏组件是作为建筑材料的形式出现，如光电幕墙、光电屋顶等；而这两种方式都需要将电池片和玻璃基板组合构成太阳能电池充当建筑物的外墙体。
但是，将电池片和玻璃基板组合形成的硅基薄膜太阳能电池时，会在玻璃基板表面产生色差现象。
如何提供一种能够避免色差的硅基薄膜电池是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决上述色差问题。
本申请提供一种硅基薄膜太阳能电池，包括：导电玻璃基板、减反散射层和发电层；所述减反散射层设置在所述导电玻璃基板上，并靠近所述导电玻璃基板的导电薄膜的一侧；所述发电层设置在所述减反散射层上。
优选的，所述减反散射层为多层结构。
优选的，所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜或掺氟氧化锡薄膜或氧化铟锡薄膜；所述减反散射层为掺杂氧化锌薄膜。
优选的，所述掺杂氧化锌薄膜层选用的掺杂材料为硼或铝或镓。
优选的，所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜时，所述玻璃基板的面积范围为0.3m2，小于等于1.5m2；所述减反散射层的掺杂浓度为大于0，小于等于5％；所述氧化锌薄膜和所述减反散射层的总厚度范围是大于等于500nm，且小于等于5000nm。
优选的，所述减反散射层的沉积厚度大于等于1000nm，小于等于2000nm。
优选的，所述氧化锌薄膜的沉积厚度为大于等于500nm，小于等于1650nm。
优选的，所述导电玻璃基板的导电薄膜为掺氟氧化锡薄膜时，所述掺氟氧化锡薄膜层的沉积厚度为大于等于300nm，小于等于1200nm；所述减反散射层的沉积厚度为大于等于500nm，且小于等于3500nm，掺杂浓度为大于0，小于等于5％。
本申请还提供一种硅基薄膜太阳能电池的制备方法，包括：
提供导电玻璃基板；
在所述导电玻璃基板的导电薄膜上形成减反散射层；
在所述减反散射层上形成发电层。
优选的，所述减反散射层采用气相沉积法或溅射法或化学腐蚀法形成。
优选的，所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜或掺氟氧化锡薄膜或氧化铟锡薄膜；所述减反散射层为掺杂氧化锌薄膜。
优选的，所述掺杂氧化锌薄膜层选用的掺杂材料为硼或铝或镓。
与现有技术相比，本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法，在导电玻璃基板的导电薄膜的一侧设置减反散射层，而该减反散射层具有较为粗糙的表面，能够减少硅基薄膜太阳能电池外表面反射光的亮度，避免电池内部由于界面反射光而导致的色差现象。
附图说明
图1是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池的第一实施例的结构示意图；
图2是现有硅基薄膜太阳能电池⊿E值的分布图；
图3是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式一的第一组实验数据中⊿E值的分布图；
图4是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式一的第二组实验数据中⊿E值的分布图；
图5是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式二的第一组实验数据中⊿E值的分布图；
图6是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法的第一实施例的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1所示，图1是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池的结构示意图。
本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池，包括：导电玻璃基板10、减反散射层20和发电层30；在所述导电玻璃基板10上，并靠近导电薄膜12的一侧设置有减反散射层20；在所述减反散射层20上设置有发电层30。
其中在所述导电玻璃基板10上，并靠近导电薄膜12的一侧设置有减反散射层20可以采用如下方式设置：
方式一：
首先，在所述超白玻璃基板11上设置氧化锌薄膜(导电薄膜)，形成导电玻璃基板10；该氧化锌薄膜可以采用低压气相沉积法在超波玻璃基板上生长。所述超白玻璃基板11的面积为大于等于0.3m2，小于等于1.5m2，优选为0.79m2；氧化锌薄膜的厚度为大于等于500nm，小于等于1650nm，优选为1450nm。
之后，再在所述氧化锌薄膜上生长减反散射层20，所述减反散射层20采用掺杂浓度大于0，小于等于5％的掺硼氧化锌(BZO)，掺杂浓度优选为1.5％；所述掺硼氧化锌的生长厚度为大于等于1000nm，小于等于2000nm，优选为1500nm；生长掺硼氧化锌可以采用气相沉积法实现。
上述氧化锌薄膜和掺硼氧化锌薄膜的总厚度范围可以是大于等于500nm，且小于等于5000nm；只要满足该厚度范围，所述氧化锌薄膜和掺硼氧化锌薄膜各自的厚度范围可以不限于上述内容。
将上述在导电玻璃基板10上生长有减反散射层20的结构作为硅基薄膜太阳能电池的前电极，在该前电极上设置发电层30，构成硅基薄膜太阳能电池。
所述减反散射层20，也就是掺硼氧化锌薄膜层可以为多层设置。
下面将给出现有硅基薄膜太阳能电池实验数据(样本包含22片电池，每片电池测试12点的色度数据)，以及本申请提供的硅基薄膜太阳能电池的实验数据，将二者进行比较说明本申请提供的硅基薄膜太阳能电池能够有效避免色差问题。
实验数据中的色度数据用CIELAB色彩空间中的L*、a*和b*表示，用总色差⊿E来表征色差的大小，其中计算⊿E的标准参考点(L* std，a* std，b* std)选用该样本所有样品点色度数据(L* i，a* i，b* i)的平均值，即为(L* avg，a* avg，b* avg)。
现有硅基薄膜太阳能电池可以选用非晶三结电池，总共选取22片电池进行测量，设置264个测量点；
请参考图2所示，图2是现有硅基薄膜太阳能电池⊿E值的分布图。图2中，⊿E均值为：1.81，标准差为0.87，⊿E<1数据点所占比例为18.2％；通过对CIELAB色彩空间色差⊿E的感知能力可知当⊿E<1时，色差可以忽略不计；当⊿E>2时，色差较为明显。
从上述数据可知，现有硅基薄膜太阳能电池，例如：非晶硅锗三结电池(简称非晶三结电池)，其是以FTO导电玻璃为基板，采用多片式PECVD设备沉积非晶硅和非晶硅锗膜，由于其前电极所用的FTO薄膜，厚度较薄(约700nm)并且表面粗糙度较低，而多片式PECVD设备沉积的非晶硅和非晶硅锗膜均匀性较差，所以该硅基薄膜太阳能电池存在较严重的色差。图2中样品点的色度数据用CIELAB色彩空间中的L*、a*和b*表示，用总色差⊿E来表征色差的大小，其中计算⊿E的标准参考点(L* std，a* std，b* std)选用该样本所有样品点色度数据(L* i，a* i，b* i)的平均值，即为(L* avg，a* avg，b* avg)。该图中，总共测量22片电池，264个测量点。
请参考图3所示，图3是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式一的第一组实验数据中⊿E值的分布图。
本申请方式一提供的第一组实验数据：本申请的该硅基薄膜太阳能电池优选为超白玻璃基板11面积为0.79m2，氧化锌薄膜(导电薄膜12)的厚度约为1450nm，掺硼氧化锌薄膜(减反散射层20)的厚度约为1500nm，掺杂浓度约为1.5％。选取42片电池进行测量，设置710个测量点。
⊿E均值为：0.33，标准差为0.15，⊿E<1数据点所占比例为99.4％；通过对CIELAB色彩空间色差⊿E的感知能力，可知当⊿E<1时，色差可忽略不计，所以从上述数据可知，本申请提供的硅基薄膜太阳能电池可避免色差现象的产生。
请参考图4所示，图4是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式一的第二组实验数据中⊿E值的分布图。
本申请方式一提供的第二组实验数据：本申请的该硅基薄膜太阳能电池优选为超白玻璃基板11面积为0.79m2，氧化锌薄膜(导电薄膜12)的厚度约为800nm，掺硼氧化锌薄膜(减反散射层20)的厚度约为1550nm，掺杂浓度约为1.3％。选取83片本申请提供的硅基薄膜太阳能电池进行测量，设置1387个测量点。
⊿E均值为：0.48，标准差为0.27，⊿E<1数据点所占比例为96.2％；通过对CIELAB色彩空间色差⊿E的感知能力，可知当⊿E<1时，色差可以忽略不计，所以从上述数据可知，本实例实验电池产品色差非常轻微。
方式二：
直接在掺氟氧化锡(FTO)的导电玻璃基板10上设置减反散射层20(掺硼氧化锌薄膜)，其中，掺氟氧化锡导电薄膜12可以在超白玻璃基板11上述形成。所述掺氟氧化锡薄膜层的沉积厚度为大于等于300nm，小于等于1200nm；所述减反散射层20(掺硼氧化锌薄膜)的沉积厚度为大于等于1000nm，且小于等于3500nm，优选为2000nm；掺杂浓度为大于0％，小于等于5％。掺硼氧化锌薄膜设置方式可以采用低压气相沉积法在导电玻璃基板10上生长。
请参考图5所示，图5是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法中方式二的实验数据中⊿E值的分布图。
本申请以在FTO上生长BZO薄膜形成的非晶三结硅基薄膜太阳能电池相对于现有的以FTO为前电极太阳能电池色差具有明显改善，下面给出实验样本数据：选取本申请方式二提供的硅基薄膜太阳能电池11片，设置187个测量点(每片17个数据点)。
⊿E均值为：0.51，标准差为0.23，⊿E<1数据点所占比例为97.9％；通过对CIELAB色彩空间色差⊿E的感知，可知当⊿E<1时，色差可以忽略不计，因此通过上述实验数据可知，本申请方式二提供的硅基薄膜太阳能电池色差非常轻微，可以忽略。
通过上述可知，本申请导电玻璃基板10可以为任何一种，在导电玻璃基板10的导电薄膜12的一侧设置减反散射层20，而该减反散射层20具有较为粗糙的表面，能够减少硅基薄膜太阳能电池外表面反射光的亮度，避免电池内部由于界面反射光而导致的色差现象。
可以理解的是，减反散射层20可以根据需要设置为多层结构。
本申请提供的硅基薄膜太阳能电池可以为单结、双结或三结。
以上对本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池的结构进行了详细说明，以下对本申请提供的硅基薄膜太阳能电池的制备方式进行说明。
请参考图6所示，图6是本申请提供的一种硅基薄膜太阳能电池制备方法的第一实施例的流程图，具体制备方法，包括：
步骤S100：提供导电玻璃基板10；
步骤S200：在所述导电玻璃基板10的导电薄膜12上形成减反散射层20；
步骤S300：在所述减反散射层20上形成发电层30。
所述步骤S100，具体实现过程可以包括：
步骤S110：提供超白玻璃基板11；
步骤S120：在步骤S110中提供的超白玻璃基板11上可以通过气相沉积法氧化锌或者为掺氟氧化锡等导电薄膜12，进而形成导电玻璃基板10。
所述步骤S200中的减反散射层20可以通过气相沉积法或溅射法或化学腐蚀法等方法，在导电玻璃基板10上生长掺杂氧化锌薄膜层，掺杂材料可以为硼或铝或镓等物质，可以根据不同掺杂材料选取不同的生长方法，只要能够满足减反散射层20相对于导电玻璃基板10的导电薄膜12一侧具有粗糙表面即可，生长方法掺杂材料不受上述内容限制，例如：对于选取材料为铝或镓可以通过化学腐蚀法。在本申请提供的实施例中可以采用，当导电玻璃基板10的导电薄膜12为氧化锌薄膜(ZnO)或掺氟氧化锡薄膜(FTO)时，减反散射层20可以为掺硼氧化锌薄膜(BZO)。
可以理解的是，所述步骤S200的减反散射层20可以设为多层结构，即：可以根据不同需要生长多层，每一层减反散射层20可以采用不同的掺杂浓度。
所述步骤S300中的发电层30可以通过沉积a-Si形成，为PIN层或PIN/PIN层，可通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积形成。所述PIN层是在P型半导体与N型半导体之间加本征层(I型层)，构成PN结。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种硅基薄膜太阳能电池，其特征在于，包括：导电玻璃基板、减反散射层和发电层；
所述减反散射层设置在所述导电玻璃基板上，并靠近所述导电玻璃基板的导电薄膜的一侧；
所述发电层设置在所述减反散射层上。
2.根据权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述减反散射层设置为多层结构。
3.根据权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜或掺氟氧化锡薄膜或氧化铟锡薄膜；所述减反散射层为掺杂氧化锌薄膜。
4.根据权利要求3所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述掺杂氧化锌薄膜层选用的掺杂材料为硼或铝或镓。
5.根据权利要求3所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜时，所述玻璃基板的面积范围为0.3m2，小于等于1.5m2；所述减反散射层的掺杂浓度为大于0，小于等于5％；所述氧化锌薄膜和所述减反散射层的总厚度范围是大于等于500nm，且小于等于5000nm。
6.根据权利要求5所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述减反散射层的沉积厚度大于等于1000nm，小于等于2000nm。
7.根据权利要求5所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述氧化锌薄膜的沉积厚度为大于等于500nm，小于等于1650nm。
8.根据权利要求3所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述导电玻璃基板的导电薄膜为掺氟氧化锡薄膜时，所述掺氟氧化锡薄膜层的沉积厚度为大于等于300nm，小于等于1200nm；所述减反散射层的沉积厚度为大于等于500nm，且小于等于3500nm，掺杂浓度为大于0，小于等于5％。
9.一种硅基薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供导电玻璃基板；
在所述导电玻璃基板的导电薄膜上形成减反散射层；
在所述减反散射层上形成发电层。
10.根据权利要求9所述的硅基薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述减反散射层采用气相沉积法或溅射法或化学腐蚀法形成。
11.根据权利要求9所述的硅基薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述导电玻璃基板的导电薄膜为氧化锌薄膜或掺氟氧化锡薄膜或氧化铟锡薄膜；所述减反散射层为掺杂氧化锌薄膜。
12.根据权利要求11所述的硅基薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述掺杂氧化锌薄膜层选用的掺杂材料为硼或铝或镓。
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CN114927590A (zh) * 2021-02-12 2022-08-19 Ａｇｃ株式会社 太阳能电池用玻璃基板和太阳能电池

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