CN112599614A - 一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，包括玻璃基底（1），玻璃基底顶面由下至上依次层叠有前电极（2）、缓冲层（3）、CdTe薄膜吸收层（4）、背接触层（5）与保护层（6）；所述前电极（2）作为彩色功能层是由TCO透明导电膜层（21）/界面膜层（22）/金属透明导电膜层（23）/界面膜层（24）/TCO透明导电膜层（25）叠加构成的复合膜层。该电池结构本身即可实现携带颜色，并且颜色易于调节，同时保障薄膜太阳能电池的整体结构及性能。

Description

一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体是一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池。
背景技术
CdTe薄膜太阳能电池以优异的综合发电效率、易与建筑结合等优点，成为国际上公认的最有前途的太阳电池之一。
随着近年来光伏产业链成本的快速降低使得光伏产业从光伏电站走向了BIPV、新能源汽车、户用发电、智慧农业、电子产品等领域，全新的能源与其他产业相结合呈现出强大的优势与发展潜力，光伏行业由政策依赖走向无补贴时代，自发性市场需求的崛起将打开光伏产业发展的广阔空间。
传统CdTe只有单一的黑色，安装彩色的BIPV不仅能够解决节能减排的难题，更能提升建筑的外在形象，使之更符合商业建筑美学审美，新能源汽车、户用发电、智慧农业、电子产品等领域也需要光伏产品具有多样性，使其对提升企业的整体品牌形象更有特色。因此，多种颜色的CdTe高转换率太阳能组件成为市场的需求。
现阶段，彩色CdTe的安装都主要为薄膜太阳能与玻璃结合后的本色，市场存在的彩色的CdTe均是在薄膜太阳能电池盖板内部或者外部附加单层或多层的彩色功能层、或者采用化学着色方法，明显增加了制作步骤，提高了成本，且损失电池的光电转换效率；本发明将赋予CdTe薄膜太阳能电池本身前电极结构层具有色彩，同时保障薄膜太阳能电池的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，该电池结构本身即可实现携带颜色，并且颜色易于调节，同时保障薄膜太阳能电池的整体结构及性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，包括玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上依次层叠有前电极、缓冲层、吸收层、背接触层与保护层，所述吸收层为CdTe薄膜，其特征在于：
所述前电极层作为彩色功能层是由第一TCO透明导电膜、第一界面膜层、金属透明导电膜层、第二界面膜层、第二TCO透明导电膜叠加构成的复合膜层。
进一步的，所述玻璃基底为超白浮法玻璃，玻璃基底的底面呈凹凸的绒面结构。
进一步的，所述前电极的第一、第二TCO透明导电膜可采用BZO、AZO、GZO、IGZO、IZO、CTO、ZTO、ITO薄膜中的一种，其厚度为20～70nm；
第一、第二界面膜层为NiCr、ZnO、Zn2O、TiO2、TiO、PbO2、PbO、ZnS或InS薄膜，界面膜层厚度为1～5nm；
金属透明导电膜层为Au、Ag、Cu、Zn、Pt、Ti、Ga、In或Al薄膜，其厚度为3～25nm。
进一步的，为达到更佳的显色效果，可以在第二TCO透明导电膜层顶面重复界面膜层/金属透明导电膜层/界面膜层/TCO透明导电膜结构，使得CdTe薄膜太阳能电池呈现更佳饱满的颜色。
进一步的，所述缓冲层为CdS、ZnS或InS薄膜中的一种；所述背接触层为Cu、Zn、Mo、Ti、Al、Ag或Au薄膜中的一种，所述保护层为Au、Zn、Pt、Zr或Ti薄膜中的一种。
本发明的上述技术方案的机理如下：
1、根据薄膜干涉理论，当膜的厚度等于入射光在该媒质中波长的1/4时，在薄膜两个面上反射光的光程恰好等于半个波长，从而相互干涉而抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，起到了增透作用。选择合适的薄膜折射率n和厚度d值，就可以起到很好的增透作用。因此，利用金属膜的高导电性和透明膜的增透作用，纳米多层膜中的每层各自发挥其优势。因此，TCO透明导电膜层+金属透明导电膜层+TCO透明导电膜层的结构电学性能优异，同时具有增透作用，透光率较高。
2、由于不同成分的TCO透明导电膜层，折射率不同，与不同成分的金属透明导电膜层结合，多层干涉堆叠改变了复合薄膜的反射光谱，使得CdTe电池可以呈现多种彩色外观。
3、由于不同膜厚的TCO透明导电膜层，与不同膜厚的金属透明导电膜层结合，折射率发生改变，干涉堆叠后可以调节前电极的反射光谱，同样，使得CdTe电池可以呈现多种彩色外观。
4、界面膜层：1.起到保护作用，将TCO透明导电膜层，与金属透明导电膜层隔离开，避免金属膜被TCO薄膜氧化，影响导电性；2.起到缓冲作用，作为金属层的下面生长一层缓冲层，对金属薄膜的生长和光学特性的提高都有利。
5、金属透明导电膜层厚度较小，因此兼具高导电与透光性，提高了前电极的整体导电性能，利于载流子传输。
6、界面膜层：1.起到保护作用，将TCO透明导电膜层，与金属透明导电膜层隔离开，避免金属膜被TCO薄膜氧化，影响导电性；2.起到缓冲，连续金属膜作用，作为金属层的上面生长一层缓冲层，防止金属膜较薄岛状生长不连续，对金属薄膜的生长和光学特性的提高都有利。
本发明的有益效果是：
1、使得CdTe电池可以呈现需要的彩色外观。
2、现有CdTe电池前电极主要采用FTO薄膜，FTO薄膜的厚度高达800nm，才能实现较好的光电性能指标，需要耗费大量的高纯Sn、F材料,制造成本较高，镀膜时间较长。本发明制备的前电极总厚度≤175nm，制造成本降低，镀膜时间缩短；
3、TCO透明导电膜层+金属透明导电膜层+TCO透明导电膜层的结构电学性能优异，同时具有增透作用，透光率较高，提高了前电极的整体导电性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例淡蓝色的CdTe薄膜太阳能电池前电极样片及透光图谱;
图3是本发明实施例淡灰色的CdTe薄膜太阳能电池前电极样片及透光图谱;
图4是本发明实施例绿色的CdTe薄膜太阳能电池前电极样片及透光图谱。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明提供一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，包括玻璃基底1，玻璃基底1顶面由下至上依次层叠有前电极2、缓冲层3、吸收层4、背接触层5与保护层6；所述吸收层4为CdTe薄膜；吸收层4为CdTe薄膜厚度为1300～2800nm，背接触层5为Cu、Zn、Mo、Ti、Al、Ag或Au薄膜，背接触层5的厚度为3～40nm，保护层6为Au、Zn、Pt、Zr或Ti薄膜，保护层6的厚度为5～50nm。
玻璃基底1为超白浮法玻璃，玻璃基底1的底面呈凹凸的绒面结构；
所述前电极2作为彩色功能层,是由第一TCO透明导电膜21、第一界面膜22层、金属透明导电膜23层、第二界面膜24层、第二TCO透明导电膜25叠加构成的复合膜层；
所述前电极的第一、第二TCO透明导电膜（21、25）AZO薄膜，其厚度均为55nm；
第一、第二界面膜层（22、24）为NiCr薄膜，界面膜层厚度均为1nm；
金属透明导电膜23层为Al薄膜，其层厚度为10.5nm。
各个膜层可采用磁控溅射工艺进行制备，制备的前电极反射光谱为淡蓝色，如图2所示。
实施例二：
所述前电极2作为彩色功能层,是由第一TCO透明导电膜21、第一界面膜22层、金属透明导电膜23层、第二界面膜24层、第二TCO透明导电膜25叠加构成的复合膜层；
所述前电极的第一、第二TCO透明导电膜（21、25）GZO薄膜，其厚度均为70nm；
第一、第二界面膜层（22、24）为ZnO薄膜，界面膜层厚度均为2nm；
金属透明导电膜23层为Ag薄膜，其层厚度为10nm。
各个膜层可采用磁控溅射工艺进行制备，制备的前电极反射光谱为淡灰色，如图3所示。
实施例三：
所述前电极2作为彩色功能层,是由第一TCO透明导电膜21、第一界面膜22层、金属透明导电膜23层、第二界面膜24层、第二TCO透明导电膜25叠加构成的复合膜层；
所述前电极的第一、第二TCO透明导电膜（21、25）BZO薄膜，其厚度均为50nm；
第一、第二界面膜层（22、24）为TiO2薄膜，界面膜层厚度均为3nm；
金属透明导电膜23层为Al薄膜，其层厚度为16nm。
各个膜层可采用磁控溅射工艺进行制备，制备的前电极反射光谱为淡绿色，如图4所示。
实施例四，为达到更佳的显色效果，可以在第二TCO透明导电膜25层顶面重复界面膜22层、金属透明导电膜23层、界面膜24层、TCO透明导电膜25结构，使得CdTe薄膜太阳能电池呈现更佳饱满的颜色。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，包括超白浮法玻璃制作的玻璃基底（1），玻璃基底顶面由下至上依次层叠设置有前电极层（2）、缓冲层（3）、吸收层（4）、背接触层（5）与保护层（6），所述吸收层（4）为CdTe薄膜，其特征在于：
所述前电极层（2）作为彩色功能层是由第一TCO透明导电膜层（21）、第一界面膜层（22）、金属透明导电膜层（23）、第二界面膜层（24）、第二TCO透明导电膜层（25）叠加构成的复合膜层。
2.根据权利要求1所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于：
所述缓冲层（3）为CdS、ZnS或InS薄膜中的一种；
所述背接触层（5）为Cu、Zn、Mo、Ti、Al、Ag或Au薄膜中的一种；
所述保护层（6）为Au、Zn、Pt、Zr或Ti薄膜中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，第一TCO透明导电膜层（21）采用BZO、AZO、GZO、IGZO、IZO、CTO、ZTO、ITO薄膜中的一种，第一TCO透明导电膜层（21）层的厚度为20～70nm。
4.根据权利要求3所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，第一界面膜层（22）为NiCr、ZnO、Zn2O、TiO2、TiO、PbO2、PbO、ZnS或InS薄膜中的一种，界面膜层（22）厚度为1～5nm。
5.根据权利要求4所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，金属透明导电膜层（23）为Au、Ag、Cu、Zn、Pt、Ti、Ga、In或Al薄膜中的一种，F3层厚度为3～25nm。
6.根据权利要求5所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，第二界面膜层（24）为NiCr、ZnO、Zn2O、TiO2、TiO、PbO2、PbO、ZnS或InS薄膜中的一种，第二界面膜层（24）层厚度为1～5nm。
7.根据权利要求6所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，第二TCO透明导电膜层（25）为BZO、AZO、GZO、IGZO、IZO、CTO、ZTO、ITO薄膜的其中一种，F5层的厚度为20～70nm。
8.根据权利要求7所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，为达到更佳的显色效果，可以在第二TCO透明导电膜（25）层顶面，重复设置层叠第一界面膜层（22）、金属透明导电膜层（23）、第二界面膜层（24）、第二TCO透明导电膜层（25），使得CdTe薄膜太阳能电池呈现更佳饱满的颜色。
9.根据权利要求8所述的一种反射光谱可调的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，所述玻璃基底的底面呈凹凸的绒面结构。
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