CN201440423U - 薄膜光伏器件 - Google Patents

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杨与胜
单洪青
李沅民
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Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.
Fujian Golden Sun Solar Technic Co., Ltd.
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本实用新型公开了一种薄膜光伏器件，包括玻璃基板、透明前电极和背电极，以及位于所述前电极和背电极之间的p-i-n型光电转换单元，在所述透明背电极表面具有超白反射层。本实用新型的薄膜光伏器件能够进一步提高基于氢化硅的薄膜光伏器件的光电转换效率。

Description

薄膜光伏器件
技术领域
本实用新型涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜光伏器件。
背景技术
随着能源的日趋短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注，尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。作为太阳能转换媒介的太阳能光伏电池(以下称光伏器件)，特别是近年来出现的氢化非晶硅或纳米晶硅薄膜太阳能电池，以其大面积、低成本、可生成在轻薄衬底上并易于铺设安装等优势代表着光伏技术的发展趋势。
对于光伏器件，特别是薄膜光伏器件来讲，使其性能优良的关键是优化半导体光电转换层对光能的吸收，并同时减少器件中的光损耗。在很薄的吸收层里能够最大限度的吸收光能，是高转换效率的必备条件。
包括氢化非晶硅和纳米晶硅的氢化薄膜硅所构成的薄膜光伏器件通常为具有p-i-n结构的光电转换单元，如图1所示，其中，p-i-n结构的光电转换单元包括p层12、非掺杂的本征i层13(光电转换层)和n层14。p层12和n层14在i层13中建立一个内置电场，从而使得光致载流子被有效地收集。基于氢化硅薄膜的p-i-n结构被夹在前后两个电极(电接触层)中，而形成完整的光伏器件。通常使用的前电极11必须具有良好的透明度和导电性，它通常是由透明导电氧化物(TCO)构成，例如氧化锡或氧化锌薄膜。后电极(背电极)通常由一个TCO膜层15和不透光的金属薄膜16共同组成，金属薄膜16通常为银或者铝。其一个重要作用就是将未被吸收的光反射回p-i-n结构的光电转换单元之中。
现有的氢化硅薄膜光伏器件通常是以氧化锌和银(ZnO/Ag)作为背电极。然而在使用银作为金属薄膜16时，由于银自身的扩散能力很强，随着银渗透到硅层中，会逐渐产生分流(shunt)现象，导致能量转化率降低，这个问题在大面积光伏模块的生产中尤其明显。而且随着时间的推移，银会失去本身的光泽，反光能力就会降低。相比之下，铝作为金属薄膜16不易产生分流现象，这对于大面积模板的生产非常有利。但是ZnO/Al组合中铝的光反射能力要比银差很多，这限制了光伏器件光电转换效率(输出功率)的进一步提升。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种薄膜光伏器件，能够提高基于氢化硅的薄膜光伏器件的光电转换效率。
本实用新型提供的一种薄膜光伏器件，包括玻璃基板、透明前电极和背电极，以及位于所述前电极和背电极之间的p-i-n型光电转换单元，在所述透明背电极的外表面具有超白反射层。
可选的，所述氧化锌薄膜的厚度为800～2000纳米。
可选的，所述氧化锌薄膜的膜层方块电阻小于60Ω/□。
可选的，所述超白反射层的材料包括硫酸钡。
可选的，所述超白反射层的厚度为1500～5000纳米。
本实用新型提供的另一种薄膜光伏器件，包括玻璃基板、透明前电极和背电极，以及位于所述前电极和背电极之间的p-i-n型光电转换单元，所述透明背电极的外表面具有反光层。
可选的，所述反光层为超白反光层。
可选的，所述超白反光层的材料为硫酸钡。
可选的，所述超白反光层的厚度为1500～5000纳米。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型的薄膜光伏器件将高反射率超白反射层设置在透明背电极(TCO)表面，以取代传统薄膜光伏器件透明背电极表面的金属薄膜。该高反射率超白反射层具有极高的从紫外光到红外光的反射率(通常超过98％)，而且非常稳定，能够将绝大部分穿过透明背电极的未被吸收的长波光反射回光电转换单元再次吸收；
2、本实用新型的透明背电极具有铝或镓的掺杂，以使其具有更强的导电性，这种由透明导电背电极和超白反射层组成的高反射率背电极的反光性能要明显高于任何金属薄膜电极的反光性能，从而大大提高了薄膜光伏器件的光吸收率和光电转换效率；
3、本实用新型的薄膜光伏器件省去了在透明背电极表面沉积金属反射薄膜的镀膜工艺步骤，取而代之以涂覆超白反射层，从而简化了制造工艺，降低了制造成本，特别适合于批量、大面积薄膜光伏板的生产。
附图说明
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为传统的薄膜光伏器件结构示意图；
图2为本实用新型实施例的薄膜光伏器件结构示意图；
图3为本实用新型实施例的薄膜光伏器件制造方法流程图。
所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本实用新型的保护范围。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
下文中提及的非晶硅、非晶硅锗、纳米晶硅和非晶锗均是指这些物质的氢化材料，即氢化非晶硅、氢化非晶硅锗、氢化纳米晶硅和氢化非晶锗材料。
图2为本实用新型实施例的薄膜光伏器件结构示意图。如图2所示，本实用新型的薄膜光伏器件包括基板100，该基板的材料可以是玻璃、塑料或其他透明材料。在基板100表面的透明导电前电极110；其材料为氧化锡、氧化锌、或ITO(铟锡氧化物)等，厚度为600～900纳米。在透明导电前电极110表面是p-i-n型光电转换单元，包括硼掺杂的p型非晶硅或纳米晶硅膜层120，非掺杂的非晶硅或纳米晶硅本征i层140和磷掺杂的n型非晶硅或纳米晶硅膜层160。在n型非晶硅或纳米晶硅膜层160表面是透明导电氧化物背电极170，其材料为铝或镓掺杂的氧化锌薄膜，其厚度在800～2000纳米之间，优选为900纳米，透明导电氧化物背电极170的膜层方块电阻不大于60Ω/□，以保证其具有较高的导电率。
本实用新型的薄膜光伏器件在透明导电氧化物背电极170的外表面具有超白反射层180，厚度为1500～5000纳米。超白反射层180的材料包括硫酸钡(BaSO4)、碳酸钡或氧化铝等，优选为具有优良反光性能且非常稳定的硫酸钡。其具有极高的从紫外光到红外光的反射率(通常超过98％)，能够将绝大部分穿过透明背电极170的未被吸收的长波光反射回光电转换单元的本征i层140中再次被吸收，从而进一步提高了薄膜光伏器件的光电转换效率。
图3为本实用新型实施例的薄膜光伏器件制造方法流程图。如图3所示，本实用新型的薄膜光伏器件的制造方法首先提供玻璃基板(步骤S310)；然后在玻璃基板表面形成透明前电极(步骤S320)，利用低压等离子化学气相沉积(LPCVD)或大气压化学气相沉积(APCVD)工艺在基板表面形成透明前电极，透明前电极的材料可以是氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物(ITO)或其它透明导电氧化物(TCO)；然后利用PECVD工艺在具有透明前电极的基板表面沉积p层、i层和n层薄膜(步骤S330)，在该步骤中，将反应室中的气体压力保持在0.1～20Torr，基板的温度维持在110～260℃，施加在电极板上的等离子体能量密度为10～300mW/cm2，在沉积p层时通入的反应气体混合物中包括硅烷、氢气、以及三甲基硼(TMB，B[CH3]3)或乙硼烷。沉积n层时通入的反应气体混合物中包括硅烷、氢气、以及磷烷(PH3)或三氟化磷(PF3)或三甲基镓。沉积i层时通入的反应气体混合物中包括硅烷和氢气。其中，可以用双硅烷、四氟化硅、二氯化硅、氟化硅烷和三氯硅烷中的一种或其组合来代替硅烷。在气体混合物中还可以包括锗烷、甲烷、氟化氢、氯化氢、氟气和氯气中的一种或其组合；接着在n层薄膜表面沉积铝或镓掺杂的氧化锌做为透明背电极(步骤S340)，氧化锌的沉积方法可采用磁控溅射法和化学气相沉积法。
在接下来的工艺步骤中，本实用新型的薄膜光伏器件的制造方法利用涂覆或旋涂工艺在透明背电极表面形成超白反射层(步骤S350)。超白反射层的材料包括硫酸钡(BaSO4)、碳酸钡或氧化铝等，优选为具有优良反光性能且非常稳定的硫酸钡，厚度为1500～5000纳米。超白反射层具有极高的从紫外光到红外光的反射率(通常超过98％)，而且非常稳定，能够将绝大部分穿过背电极的未被吸收的长波光反射回光电转换单元中再次被吸收层吸收。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。例如，尽管在附图中所示的各层皆是平整的且厚度几乎相等，但这仅仅是为了方便和清楚地说明本实用新型的原理。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型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，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种薄膜光伏器件，包括玻璃基板、透明前电极和背电极，以及位于所述前电极和背电极之间的p-i-n型光电转换单元，其特征在于：在所述透明背电极的外表面具有超白反射层。
2.根据权利要求1所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述氧化锌薄膜的厚度为800～2000纳米。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述氧化锌薄膜的膜层方块电阻小于60Ω/□。
4.根据权利要求1所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述超白反射层的材料包括硫酸钡。
5.根据权利要求1所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述超白反射层的厚度为1500～5000纳米。
6.一种薄膜光伏器件，包括玻璃基板、透明前电极和背电极，以及位于所述前电极和背电极之间的p-i-n型光电转换单元，其特征在于：所述透明背电极的外表面具有反光层。
7.根据权利要求6所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述反光层为超白反光层。
8.根据权利要求7所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述超白反光层的材料为硫酸钡。
9.根据权利要求8所述的薄膜光伏器件，其特征在于：所述超白反光层的厚度为1500～5000纳米。
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CN102832261A (zh) * 2011-06-13 2012-12-19 无锡尚德太阳能电力有限公司 包含新型减反射层的薄膜太阳能电池及其制造方法

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