CN105280728A - 彩色太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

彩色太阳能电池及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105280728A
CN105280728A CN201410245684.1A CN201410245684A CN105280728A CN 105280728 A CN105280728 A CN 105280728A CN 201410245684 A CN201410245684 A CN 201410245684A CN 105280728 A CN105280728 A CN 105280728A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
wave filtering
active layer
solar battery
filtering layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410245684.1A
Other languages
English (en)
Inventor
文龙
陈沁�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN201410245684.1A priority Critical patent/CN105280728A/zh
Publication of CN105280728A publication Critical patent/CN105280728A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种彩色太阳能电池，其包括背电极层、设置在背电极层上的活性层以及设置在活性层上的滤波层，其中，所述滤波层包括介质包层及设置在介质包层中的介质光栅，所述滤波层对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。本发明还公开一种彩色太阳能电池的制作方法。本发明的彩色太阳能电池及其制作方法，引入基于介质光栅的滤波层，通过调节介质光栅的排布周期使得太阳能电池表面反射光在全色域内得到高选择性的调制。由于显色反射峰分布较窄(半峰宽20～30nm)，且其他波段太阳光被电池理想吸收，因此在获得太阳能电池表面极高的色彩纯度的同时，使得其光电转换效率不发生显著下降。

Description

彩色太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地讲，涉及一种具有高色彩纯度、高转换效率的彩色太阳能电池及其制作方法。
背景技术
近年来，随着光伏行业的不断发展，市场对光伏产品提出了更好的要求，不但要保证效率的不断提升，对太阳能电池的外观也提出了更苛刻的要求。目前建筑光伏一体化概念在光伏领域中得到了广泛认同，对于作为建筑材料的光伏产品，人们希望能够选择自己喜欢的颜色来装扮自己的建筑，彰显建筑的个性，这就要求太阳能电池有各种颜色以适应美观的要求。
由于其丰富的色彩外观，彩色太阳能电池兼顾了建筑美观与发电功能，有望与建筑结构实现更加完美的融合。在太阳能电池上实现彩色外观意味着可见光区域必须存在一定的光反射，势必会引起太阳能电池转换效率的降低。目前，彩色太阳能电池主要采用单层或多层减反射膜来实现起色彩调制，其通过调节减反射中心波长位置，引起反射光在光谱上发生改变从而获得不同的电池表面颜色。然而，由于反射光分布较宽、波谱选择性不高、可调制性差，且在可见光区外同样存在较大反射损耗，使得基于减反射膜结构的彩色太阳能电池存在色彩纯度较低和转换效率显著下降等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在问题，本发明的目的在于提供一种色彩纯度较高且转化效率较高的彩色太阳能电池及其制作方法。
根据本发明的一方面，提供了一种彩色太阳能电池，包括背电极层、设置在背电极层上的活性层以及设置在活性层上的滤波层，其中，所述滤波层对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
进一步地，所述滤波层包括具有低折射率的介质包层及设置在所述介质包层中的具有高折射率的介质光栅。
进一步地，所述介质光栅为条形光栅或孔阵光栅或点阵光栅。
进一步地，所述彩色太阳能电池还包括设置在所述活性层与所述滤波层之间的折射率匹配层，用于实现所述活性层与所述滤波层的光学阻抗匹配。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的彩色太阳能电池的制作方法，包括步骤：在活性层的下方形成背电极层；在活性层的上方形成滤波层；其中，所述滤波层对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
进一步地，所述“在活性层的上方形成滤波层”的具体实现方式包括步骤：在活性层的上方形成下介质包层；在下介质包层上形成介质光栅；在介质光栅上形成上介质包层。
进一步地，在执行步骤“在活性层的下方形成背电极层”之前，所述制作方法还包括步骤：在活性层的上方形成折射率匹配层。
进一步地，所述“在活性层的上方形成折射率匹配层”的具体实现方式包括步骤：在活性层上形成第一介质膜层；在第一介质膜层上形成第二介质膜层；其中，第一介质膜层的折射率大于第二介质膜层的折射率。
进一步地，所述制作方法还包括步骤：在所述滤波层的上方形成透明保护层。
根据本发明的又一方面，提供了一种上述的彩色太阳能电池的制作方法，包括步骤：在透明保护层上形成滤波层；在滤波层上形成前电极层；在所述折射率匹配层上形成活性层；在所述活性层上形成背电极层。
进一步地，所述“在透明保护层上形成滤波层”的具体实现方式包括步骤：在透明保护层上形成介质光栅；在介质光栅上形成介质包层。
本发明的彩色太阳能电池及其制作方法，引入基于介质光栅的滤波层，通过调节介质光栅的排布周期使得太阳能电池表面反射光在全色域内得到高选择性的调制。由于显色反射峰分布较窄(半峰宽20～30nm)，且其他波段太阳光被电池理想吸收，因此在获得太阳能电池表面极高的色彩纯度的同时，使得其光电转换效率不发生显著下降。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。
图2是根据本发明的第一实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
图3是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
图4是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
图5是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。
图6是根据本发明的第二实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
图7是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
图8是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
图9是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。
图10是根据本发明的第三实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
图11是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照有机太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
图12是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
图1是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。图2是根据本发明的第一实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
参照图1，根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池包括背电极层110、设置在背电极层110上的活性层120以及设置在活性层120上的滤波层130，其中，滤波层130对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
背电极层110可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层110可采用铝。
作为彩色太阳能电池的活性层120可采用单晶硅、砷化镓、磷化铟、锑化镓等材料形成。在本实施例中，活性层120采用单晶硅材料。
滤波层130包括介质包层131及设置在介质包层131中的介质光栅132。介质包层131可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成。例如，介质包层131可采用二氧化硅或氟化镁等。在本实施例中，介质包层131采用二氧化硅材料。
介质光栅132可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成。例如，介质光栅132可采用氮化硅、氮氧化硅、硫化锌、三氧化二铝、氧化锌和二氧化钛的其中之一。在本实施例中，介质光栅132采用氮化硅。
此外，介质光栅132的光栅周期可为280nm至500nm。在本实施例中，介质光栅132的光栅周期为360nm。
此外，介质光栅132的光栅高度可为50nm至150nm。在本实施例中，介质光栅132的光栅高度为120nm。为了能够完全将介质光栅132埋入介质包层131中，介质包层131的厚度为400nm至800nm。在本实施例中，介质包层131的厚度为740nm。
此外，介质光栅132的材料填充比为0.25至0.75。在本实施例中，介质光栅132的材料填充比为0.75。这里，需要说明的是，介质光栅132的材料填充比指的是介质光栅132的材料所占的面积与介质光栅132所覆盖的面积(即，活性层120上表面的表面积)的比。
此外，在本实施例中，介质光栅132可为条形光栅(图2中的a图)、孔阵光栅(图2中的b图)和点阵光栅(图2中的c图)中的一种，但本发明并不局限于此。
此外，为了实现活性层120与滤波层130的光学阻抗匹配，抑制活性层120的界面反射，从而防止干涉效应对窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收，本实施例的彩色太阳能电池进一步包括设置在活性层120与滤波层130之间的折射率匹配层140。折射率匹配层140包括第一介质膜层141和第二介质膜层142。在本实施例中，第一介质膜层141可采用折射率约为2.35的硫化锌材料，其厚度约为60nm，但本发明并不局限于此。在本实施例中。第二介质膜层142可采用折射率约为1.8的氧化锌或三氧化二铝材料。其厚度约为80nm，但本发明并不局限于此。
此外，为了完成彩色太阳能电池的封装，并对活性层120、滤波层130和折射率匹配层140进行保护，本实施例的彩色太阳能电池进一步包括设置在滤波层130上的透明保护层150。在本实施例中，可采用EVA等实现透明保护层150与滤波层130的粘结。在本实施例中，透明保护层150可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。
图3是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
参照图3，根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池为绿色单晶硅太阳能电池，其可以获得波长为560nm左右的窄带反射光，对应色彩为绿色。当然，在本发明中，介质光栅132的光栅周期不同，本发明的彩色太阳能电池的颜色也不同。此外，根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池除560nm左右的窄带波段之外的其他波段的反射率均在10％以下，其展现出良好的减反射效果。并且，可以看出本发明的第一实施例的彩色太阳能电池在光吸收性能上与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池接近。在标准太阳光AM1.5G下本发明的第一实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池计算所得到的短路电流分别为38.67mA/cm2和40.0mA/cm2。此外，根据现有的产业化单晶硅太阳能电池的开路电压(0.65V)与填充因子(0.75)对根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池的效率进行估算，得到根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照单晶硅太阳能电池光电转换效率分别为18.85％和19.5％。
图4是根据本发明的第一实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
参照图1和图4，在步骤301中，在活性层120的下方(或下表面)形成背电极层110。在该步骤中，背电极层110可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层110可采用铝。此外，在该步骤中，活性层120可采用单晶硅、砷化镓、磷化铟、锑化镓等材料形成。在本实施例中，活性层120采用单晶硅材料。
在步骤302中，在活性层120的上方形成滤波层130。实现该步骤的具体方式包括步骤：
在活性层120的上方形成下介质包层1311，其厚度约为500nm；其中，下介质包层1311可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成，例如，下介质包层1311可采用二氧化硅材料。
在下介质包层1311上形成介质光栅132；其中，介质光栅132可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成，例如，介质光栅132可采用氮化硅。其中，介质光栅132形成的方式为：在下介质包层1311上形成氮化硅层，其厚度约为120nm；利用干涉曝光或纳米压印的方式，并结合反应离子刻蚀技术，形成如图2中b图所示的孔阵光栅图案的氮化硅光栅作为介质光栅132，其光栅周期为360nm。当然，应当理解，也可将氮化硅层形成图2中a图所示的条形光栅或者图2中c图所示的点阵光栅。
在介质光栅132上形成上介质包层1312，其厚度约为240nm；其中，上介质包层1312可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成，例如，上介质包层1312可采用二氧化硅材料。这样，上介质包层1312和下介质包层1311形成介质包层131，以将介质光栅132完全包埋。
与此同时，滤波层130对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
此外，为了实现活性层120与滤波层130的光学阻抗匹配，抑制活性层120的界面反射，从而防止干涉效应时窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收，本实施例的彩色太阳能电池的制作方法在执行步骤301之前还包括步骤：在活性层120的上方形成折射率匹配层140。换句话说，折射率匹配层140形成在活性层120与滤波层130之间。
形成折射率匹配层140的具体实现方式包括步骤：
在活性层120上形成第一介质膜层141。在该步骤中，第一介质膜层141可采用折射率约为2.35的硫化锌材料，其厚度约为60nm，但本发明并不局限于此。
在第一介质膜层141上形成第二介质膜层142。在该步骤中，第二介质膜层142可采用折射率约为1.8的氧化锌或三氧化二铝材料。其厚度约为80nm，但本发明并不局限于此。
为了完成彩色太阳能电池的封装，并对活性层120、滤波层130和折射率匹配层140进行保护，本实施例的彩色太阳能电池的制作方法进一步包括步骤303。在步骤303中，在滤波层130的上方形成透明保护层150。在该步骤中，可采用EVA等实现透明保护层150与滤波层130的粘结，透明保护层150可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。此外，形成的透明保护层150能够有效抑制介质包层131中光学微腔效应所造成的反射震荡。
图5是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。图6是根据本发明的第二实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
参照图5，根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池包括背电极层210、设置在背电极层210上的活性层220、设置在活性层220上的前电极层240以及设置在前电极层240上的滤波层230，其中，滤波层230对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
背电极层210可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层210可采用铝。
作为彩色太阳能电池的活性层220可采用非晶硅、微晶硅、多晶硅、铜铟镓硒等无机薄膜型太阳能电池吸收层材料形成。在本实施例中，活性层220采用非晶硅材料。
前电极层240可为透明导电薄膜层。例如，前电极层240可为掺氟二氧化锡或掺铝氧化锌薄膜层。在本实施例中，前电极层240可为掺铝氧化锌薄膜层，其厚度约为600nm。
滤波层230包括介质包层231及设置在介质包层231中的介质光栅232。介质包层231可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成。例如，介质包层231可采用二氧化硅或氟化镁等。在本实施例中，介质包层231采用二氧化硅材料。
介质光栅232可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成。例如，介质光栅232可采用氮化硅、氮氧化硅、硫化锌、三氧化二铝、氧化锌和二氧化钛的其中之一。在本实施例中，介质光栅232采用氮化硅。
此外，介质光栅232的光栅周期为280nm至500nm。在本实施例中，介质光栅132的光栅周期为400nm。
此外，介质光栅232的光栅高度为50nm至150nm。在本实施例中，介质光栅232的光栅高度为120nm。为了能够完全将介质光栅232埋入介质包层231中，介质包层231的厚度为300nm至500nm。在本实施例中，介质包层231的厚度为500nm。
此外，介质光栅232的材料填充比为0.25至0.75。在本实施例中，介质光栅132的材料填充比为0.65。这里，需要说明的是，介质光栅232的材料填充比指的是介质光栅232的材料所占的面积与介质光栅232所覆盖的面积(即，活性层120上表面的表面积)的比。
此外，在本实施例中，介质光栅232可为条形光栅(图6中的a图)、孔阵光栅(图6中的b图)和点阵光栅(图6中的c图)中的一种，但本发明并不局限于此。
此外，为了实现活性层220与滤波层230的光学阻抗匹配，抑制活性层220的界面反射，从而防止干涉效应时窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收，利用湿法刻蚀将在前电极层240的表面形成绒面结构。
此外，为了完成彩色太阳能电池的封装，并对活性层220、滤波层230和前电极层240进行保护，本实施例的彩色太阳能电池进一步包括设置在滤波层230上的透明保护层250。在本实施例中，透明保护层250可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。
图7是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
参照图7，根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池为红色非晶硅太阳能电池，其可以获得波长为620nm左右的窄带反射光，对应色彩为红色。当然，在本发明中，介质光栅232的光栅周期不同，本发明的彩色太阳能电池的颜色也不同。并且，可以看出本发明的第二实施例的彩色太阳能电池在光吸收性能上与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池接近。在标准太阳光AM1.5G下本发明的第二实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池计算所得到的短路电流分别为19.43mA/cm2和20.3mA/cm2。此外，根据现有的产业化单晶硅太阳能电池的开路电压(0.85V)与填充因子(0.65)对根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池的效率进行估算，得到根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照非晶硅太阳能电池光电转换效率分别为10.73％和11.21％。
图8是根据本发明的第二实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
参照图5和图8，在步骤601中，在透明保护层250上形成滤波层230。在该步骤中，透明保护层250可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。此外，滤波层230的形成方式具体包括步骤：
在透明保护层250上形成介质光栅232。在该步骤中，介质光栅232可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成，例如，介质光栅232可采用氮化硅。介质光栅232形成的方式为：在透明保护层250上形成氮化硅层，其厚度约为120nm；利用干涉曝光或纳米压印的方式，并结合反应离子刻蚀技术，形成如图6中b图所示的孔阵光栅图案的氮化硅光栅作为介质光栅232，其光栅周期为400nm。当然，应当理解，也可将氮化硅层形成图6中a图所示的条形光栅或者图6中c图所示的点阵光栅。
在介质光栅232上形成介质包层231，其厚度约为500nm。介质包层231可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成，例如，介质包层231可采用二氧化硅材料。这样，介质包层231可将介质光栅232完全包埋。
在步骤602中，在滤波层230上形成前电极层240。在该步骤中，前电极层240可为透明导电薄膜层。例如，前电极层240可为掺氟二氧化锡或掺铝氧化锌薄膜层。在本实施例中，前电极层240可为掺铝氧化锌薄膜层，其厚度约为600nm。
在步骤603中，在前电极层250上形成活性层220。在该步骤中，活性层220可采用非晶硅、微晶硅、多晶硅、铜铟镓硒等无机薄膜型太阳能电池吸收层材料等形成。在本实施例中，活性层120采用非晶硅材料。
在步骤604中，在活性层220上形成背电极层210。在该步骤中，背电极层210可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层210可采用铝。
与此同时，滤波层230对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
此外，为了实现活性层220与滤波层230的光学阻抗匹配，抑制活性层220的界面反射，从而防止干涉效应时窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收，在步骤602中，还包括利用湿法刻蚀将前电极层240的表面形成绒面结构。
图9是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池的结构侧视图。图10是根据本发明的第三实施例的介质光栅与介质包层的剖切俯视图。
参照图9，根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池包括背电极层310、设置在背电极层310上的活性层320、设置在活性层320上的前电极层340以及设置在前电极层340上的滤波层330，其中，滤波层330对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
背电极层310可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层310可采用铝。
作为彩色太阳能电池的活性层320可例如由空穴传输层、电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层及电子传输层组成，但本发明并不局限于此。其中，空穴传输层的材料可例如是PEDOT：PSS，电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层的材料可例如是PBT7：PC71BM或者PCPDTBT：PC71BM等，电子传输层的材料可例如是BCP或LiF。
前电极层340可为透明导电薄膜层。例如，前电极层340可为氧化铟锡薄膜层，其厚度可为120nm至150nm。
滤波层330包括介质包层331及设置在介质包层331中的介质光栅332。介质包层331可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成。例如，介质包层331可采用二氧化硅或氟化镁等。在本实施例中，介质包层331采用二氧化硅材料。
介质光栅332可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成。例如，介质光栅332可采用氮化硅、氮氧化硅、硫化锌、三氧化二铝、氧化锌和二氧化钛的其中之一。在本实施例中，介质光栅332采用氮化硅。
此外，介质光栅332的光栅周期为280nm至500nm。在本实施例中，介质光栅332的光栅周期为380nm。
此外，介质光栅332的光栅高度为50nm至150nm。在本实施例中，介质光栅332的光栅高度为120nm。为了能够完全将介质光栅332埋入介质包层331中，介质包层331的厚度为400nm至800nm。在本实施例中，介质包层331的厚度为740nm。
此外，介质光栅332的材料填充比为0.25至0.75。在本实施例中，介质光栅332的材料填充比为0.75。这里，需要说明的是，介质光栅332的材料填充比指的是介质光栅332的材料所占的面积与介质光栅332所覆盖的面积(即，活性层120上表面的表面积)的比。
此外，在本实施例中，介质光栅332可为条形光栅(图10中的a图)、孔阵光栅(图10中的b图)和点阵光栅(图10中的c图)中的一种，但本发明并不局限于此。
此外，由于空穴传输层、电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层及电子传输层形成的活性层320具有约1.8至2.2的低折射率，所以活性层320能够与滤波层330的进行良好的光学阻抗匹配，并且活性层320能够很好的抑制其界面反射，从而防止干涉效应时窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收。
此外，为了完成彩色太阳能电池的封装，并对活性层320、滤波层330和前电极层340进行保护，本实施例的彩色太阳能电池进一步包括设置在滤波层330上的透明保护层350。在本实施例中，透明保护层350可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。
图11是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照有机太阳能电池的反射光谱图和吸收光谱图。
参照图11，根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池为黄色有机太阳能电池，其可以获得波长为575nm左右的窄带反射光，对应色彩为黄色。当然，在本发明中，介质光栅332的光栅周期不同，本发明的彩色太阳能电池的颜色也不同。并且，可以看出本发明的第三实施例的彩色太阳能电池在光吸收性能上与无滤波层的参照有机太阳能电池接近。在标准太阳光AM1.5G下本发明的第三实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照有机太阳能电池计算所得到的短路电流分别为17.22mA/cm2和18.12mA/cm2。此外，根据现有的产业化单晶硅太阳能电池的开路电压(0.85V)与填充因子(0.65)对根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照有机太阳能电池的效率进行估算，得到根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池与无滤波层的参照有机太阳能电池光电转换效率分别为9.35％和9.84％。
图12是根据本发明的第三实施例的彩色太阳能电池的制作方法的流程图。
参照图9和图12，在步骤901中，在透明保护层350上形成滤波层330。在该步骤中，透明保护层350可采用透明玻璃，但本发明并不局限于透明玻璃，其也可采用其他任何合适类型的透明保护材料。此外，滤波层330的形成方式具体包括步骤：
在透明保护层350上形成介质光栅332。在该步骤中，介质光栅332可采用折射率为1.8至2.4之间的高折射率材料形成，例如，介质光栅332可采用氮化硅。介质光栅332的形成方式为：在透明保护层350上形成氮化硅层，其厚度约为120nm；利用干涉曝光或纳米压印的方式，并结合反应离子刻蚀技术，形成如图10中b图所示的孔阵光栅图案的氮化硅光栅作为介质光栅332，其光栅周期为380nm。当然，应当理解，也可将氮化硅层形成图10中a图所示的条形光栅或者图10中c图所示的点阵光栅。
在介质光栅332上形成介质包层331，其厚度约为500nm。介质包层331可采用折射率为1.3至1.6之间的低折射率材料形成，例如，介质包层331可采用二氧化硅材料。这样，介质包层331可将介质光栅332完全包埋。
在步骤902中，在滤波层330上形成前电极层350。在该步骤中，前电极层340可为透明导电薄膜层。例如，前电极层340可为氧化铟锡薄膜层，其厚度可为120nm至150nm。
在步骤903中，在前电极层350上形成活性层320。在该步骤中，活性层320的形成方式为：在前电极层350上旋涂空穴传输层，其厚度为30nm至50nm；在空穴传输层上旋涂电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层，其厚度约为100nm；在电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层上旋涂电子传输层，其厚度为1nm至5nm。空穴传输层的材料可例如是PEDOT：PSS，电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层的材料可例如是PBT7：PC71BM或者PCPDTBT：PC71BM等，电子传输层的材料可例如是BCP或LiF。
在步骤904中，在活性层320上形成背电极层310。在该步骤中，背电极层310可采用具有优良的导电性的金属材料形成。例如，背电极层310可采用铝。
与此同时，滤波层330对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
此外，由于空穴传输层、电子给体、受体相混的体相异质共聚物吸光层及电子传输层形成的活性层320具有约1.8至2.2的低折射率，所以活性层320能够与滤波层330的进行良好的光学阻抗匹配，并且活性层320能够很好的抑制其界面反射，从而防止干涉效应时窄带反射峰的干扰，并保证彩色太阳能电池在其他波段的理想吸收。
综上所述，根据本发明的各个实施例的彩色太阳能电池及其制作方法，引入基于介质光栅的滤波层，通过调节介质光栅的排布周期使得太阳能电池表面反射光在全色域内得到高选择性的调制。由于显色反射峰分布较窄(半峰宽20～30nm)，且其他波段太阳光被电池理想吸收，因此在获得太阳能电池表面极高的色彩纯度的同时，使得其光电转换效率不发生显著下降。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (11)

1.一种彩色太阳能电池，其特征在于，包括背电极层、设置在背电极层上的活性层以及设置在活性层上的滤波层，其中，所述滤波层对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
2.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其特征在于，所述滤波层包括具有低折射率的介质包层及设置在所述介质包层中的具有高折射率的介质光栅。
3.根据权利要求2所述的彩色太阳能电池，其特征在于，所述介质光栅为条形光栅或孔阵光栅或点阵光栅。
4.根据权利要求1所述的彩色太阳能电池，其特征在于，所述彩色太阳能电池还包括设置在所述活性层与所述滤波层之间的折射率匹配层，用于实现所述活性层与所述滤波层的光学阻抗匹配。
5.一种权利要求1至4任一项所述的彩色太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括步骤：
在活性层的下方形成背电极层；
在活性层的上方形成滤波层；
其中，所述滤波层对电池表面的反射光在全色域内进行窄带调制，以使电池表面呈现出不同的颜色。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述“在活性层的上方形成滤波层”的具体实现方式包括步骤：
在活性层的上方形成下介质包层；
在下介质包层上形成介质光栅；
在介质光栅上形成上介质包层。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在执行步骤“在活性层的下方形成背电极层”之前，所述制作方法还包括步骤：在活性层的上方形成折射率匹配层。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述“在活性层的上方形成折射率匹配层”的具体实现方式包括步骤：
在活性层上形成第一介质膜层；
在第一介质膜层上形成第二介质膜层；
其中，第一介质膜层的折射率大于第二介质膜层的折射率。
9.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，还包括步骤：在所述滤波层的上方形成透明保护层。
10.一种权利要求1至4任一项所述的彩色太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括步骤：
在透明保护层上形成滤波层；
在滤波层上形成前电极层；
在所述折射率匹配层上形成活性层；
在所述活性层上形成背电极层。
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述“在透明保护层上形成滤波层”的具体实现方式包括步骤：
在透明保护层上形成介质光栅；
在介质光栅上形成介质包层。
CN201410245684.1A 2014-06-05 2014-06-05 彩色太阳能电池及其制作方法 Pending CN105280728A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410245684.1A CN105280728A (zh) 2014-06-05 2014-06-05 彩色太阳能电池及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410245684.1A CN105280728A (zh) 2014-06-05 2014-06-05 彩色太阳能电池及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105280728A true CN105280728A (zh) 2016-01-27

Family

ID=55149414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410245684.1A Pending CN105280728A (zh) 2014-06-05 2014-06-05 彩色太阳能电池及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105280728A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106299134A (zh) * 2016-10-21 2017-01-04 华中科技大学 一种图案化的组合太阳能电池及其彩色太阳能电池模块
CN106876592A (zh) * 2017-02-15 2017-06-20 中国科学院合肥物质科学研究院 多彩太阳能电池及其制备方法
CN107870099A (zh) * 2017-11-07 2018-04-03 普德光伏技术（苏州）有限公司 一种光伏组件eva交联度取样方法
WO2019237620A1 (zh) * 2018-06-11 2019-12-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能电池及其制作方法、太阳能电池组件
WO2019237923A1 (zh) * 2018-06-11 2019-12-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能发电瓦及其基底和它们的制备方法
CN111261731A (zh) * 2020-03-27 2020-06-09 宇泽(江西)半导体有限公司 一种埋栅晶体硅光伏电池及其制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090242021A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Noribachi Llc Solar cell with colorization layer
CN101582469A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 一种绒面透明导电膜附着基体的制备方法
CN201809879U (zh) * 2010-07-27 2011-04-27 上海太阳能电池研究与发展中心 非晶硅光伏彩色幕墙玻璃
CN102810572A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 初星太阳能公司 用于光伏装置的薄膜层的折射率匹配及其制造方法
JP2013210485A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Kuraray Co Ltd 再帰反射性を有する波長選択フィルタ及び窓材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090242021A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Noribachi Llc Solar cell with colorization layer
CN101582469A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 一种绒面透明导电膜附着基体的制备方法
CN201809879U (zh) * 2010-07-27 2011-04-27 上海太阳能电池研究与发展中心 非晶硅光伏彩色幕墙玻璃
CN102810572A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 初星太阳能公司 用于光伏装置的薄膜层的折射率匹配及其制造方法
JP2013210485A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Kuraray Co Ltd 再帰反射性を有する波長選択フィルタ及び窓材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伟等: "《太阳能电池材料及其应用》", 31 January 2014, 电子科技大学出版社 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106299134A (zh) * 2016-10-21 2017-01-04 华中科技大学 一种图案化的组合太阳能电池及其彩色太阳能电池模块
CN106299134B (zh) * 2016-10-21 2018-09-07 华中科技大学 一种图案化的组合太阳能电池及其彩色太阳能电池模块
CN106876592A (zh) * 2017-02-15 2017-06-20 中国科学院合肥物质科学研究院 多彩太阳能电池及其制备方法
CN107870099A (zh) * 2017-11-07 2018-04-03 普德光伏技术（苏州）有限公司 一种光伏组件eva交联度取样方法
CN107870099B (zh) * 2017-11-07 2020-12-18 普德光伏技术（苏州）有限公司 一种光伏组件eva交联度取样方法
WO2019237620A1 (zh) * 2018-06-11 2019-12-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能电池及其制作方法、太阳能电池组件
WO2019237923A1 (zh) * 2018-06-11 2019-12-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能发电瓦及其基底和它们的制备方法
CN111261731A (zh) * 2020-03-27 2020-06-09 宇泽(江西)半导体有限公司 一种埋栅晶体硅光伏电池及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Halme et al. Theoretical efficiency limits of ideal coloured opaque photovoltaics
CN105280728A (zh) 彩色太阳能电池及其制作方法
KR101127182B1 (ko) 컬러 모듈레이션이 제공된 태양전지 및 그 제조 방법
Ji et al. Vivid-colored silicon solar panels with high efficiency and non-iridescent appearance
Li et al. Transparent and colored solar photovoltaics for building integration
US20100282241A1 (en) Solar collector
Giuliano et al. Semitransparent perovskite solar cells for building integration and tandem photovoltaics: design strategies and challenges
CN102854553B (zh) 多重反射结构以及光电元件
KR101858570B1 (ko) 창호형 박막 태양전지 및 이의 제조방법
JP7345793B2 (ja) 高効率且つ角度に耐性のある太陽光発電デバイス用色付きフィルタ組立体
US20200403557A1 (en) Power-generating building materials and preparation process therefof
Zhou et al. Progress of semitransparent emerging photovoltaics for building integrated applications
CN103137768A (zh) 一种双吸收层pin结构光伏器件及制备方法
CN102738294B (zh) 多色彩画作型太阳能电池的制造方法
CN205881917U (zh) 一种用于薄膜太阳能电池的光子晶体陷光结构
TW201445748A (zh) 彩色太陽能電池及含有該電池之太陽能面板
US20120037226A1 (en) Semiconductor substrate
CN103165686B (zh) 一种具有减反射膜的五结太阳能电池
CN103132634A (zh) 多彩光伏幕墙及其制作方法
CN201753322U (zh) 具有双层减反射涂层的太阳能电池组件封装玻璃
CN109638086B (zh) 一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池
TWI431790B (zh) 太陽能電池
CN202736930U (zh) 一种晶体硅太阳能电池
Grant et al. Optical Optimization of Perovskite-Silicon Reflective Tandem Solar Cells
Yoo et al. Color-generating 1D PC dichroic filter on Cu (In, Ga)(S, Se) 2 thin-film photovoltaic cells for building integrated photovoltaics

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160127