CN202423352U - 一种硅基双结叠层太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种硅基双结叠层太阳电池，涉及叠层电池结构的设计，属于硅基太阳电池技术领域。该太阳电池包括一个顶电池和一个底电池，两个子电池之间经隧道结连接构成串联结构。顶电池采用宽禁带的非晶硅材料构成PIN结，底电池采用窄禁带的多晶硅材料构成PIN结。非晶硅本征层厚度与多晶硅本征层厚度之比为1∶3。各子电池及其间的连接结构直接在玻璃衬底上沉积而成。该结构可以提高太阳电池的光电转换效率、减轻发生光致衰退效应、减少吸收层厚度、减少硅材料用量、降低太阳电池成本。

Description

一种硅基双结叠层太阳电池
技术领域
本实用新型涉及一种硅基双结叠层电池结构的设计，具体是分别以非晶硅、多晶硅为光伏材料，构成两个同质PIN结的太阳电池，属于硅太阳电池技术领域。 
技术背景
目前，太阳电池的性能是决定整个光伏系统性能的关键。现有的太阳电池普遍存在着成本高、转换效率低的问题。晶体硅太阳电池的转换效率约30％，但是成本高。非晶硅薄膜太阳电池的优势是成本低，但是非晶硅电池的转换效率只有8％，且存在着光致衰退效应。薄膜太阳电池发展势头良好，采用薄膜技术不但可以大幅度节省硅材料的用量，也可以大面积制备，便于大规模连续化生产。综上所述，研制新材料和设计新结构是开发高效、低成本太阳电池的必然途径。 
双结电池的叠层结构能够有效的扩展太阳光的吸收光谱，这是指在太阳光入射处采用宽禁带的半导体材料制成顶电池，主要吸收高能量的短波光；而在顶电池的下方采用窄禁带的半导体材料制成底电池，主要吸收低能量的长波光。这种结构兼顾了短波段太阳光谱在材料表面被吸收、长波段太阳光谱在材料内部被吸收的情况，具有良好的光吸收率和光电转换效率，并且膜的总体厚度为微米量级，需要的硅材料少，成本低，可以满足太阳电池高效低成本的要求。 
专利“硅基高效多结太阳电池及其制备方法”(专利号：200810018407.1)解决此问题的技术方案为：采用异质材料构成三结电池，结构为GaInP/GaAs/Si；实用新型“宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池”(专利号：02294641.1)在顶电池和底电池之间加入一个特殊增反射层，以此提高入射光的吸收效率。实际上，薄膜间的界面质量是影响转换效率的重要原因，多种材料的使用必然会带来界面缺陷等问题。本实用新型采用同质硅基材料，避免了材料晶格不匹配、异质材料载流子迁移率低等情况。 
发明内容
本实用新型的目的是，开发一种硅基双结叠层太阳电池，以解决现有技术中，晶体硅太阳电池成本高，而异质结太阳电池转换效率较低、制作难度大的问题。 
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硅基双结叠层太阳电池，包括一个顶电池和一个底电池，两个电池之间经隧道结连接构成串联结构。顶电池是非晶硅的PIN结电池，底电池是多晶硅的PIN结电池，各子电池及其间的连接结构直接在玻璃衬底上沉积而成。以SnO2透明导电薄膜作为电池的前电极，采用高吸收系数的非晶硅作为顶电池光伏材料，采用高转化效率的多晶硅作为底电池的光伏材料，蒸发金属铝膜作为背电极。顶电池与底电池构成串联结构，具有相同的短路电流。非晶硅由射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备，标准频率为13.56MHz，本征层厚度为0.12μm。待冷却后取出，放入多功能沉积系统，适当氢气处理后制备多晶硅底电池。多晶硅由高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备，频率为60MHz，多晶硅本征层厚度为0.36μm。顶电池中非晶硅本征层厚度与底电池中多晶硅本征层厚度的比值设置为1∶3。顶电池中非晶硅材料的光学带隙为1.72eV。制备步骤是：首先在玻璃上电镀透明导电薄膜SnO2，然后在导电薄膜上依次沉积P型非晶硅、非晶硅本征层、N型非晶硅，然后沉积隧道结材料，然后在隧道结材料上依次沉积P型多晶硅、多晶硅本征层、N型多晶硅，最后蒸发铝膜。 
通过调整顶电池非晶硅材料的沉积过程和工艺参数，控制非晶硅的带隙为1.72eV。结合多晶硅底电池， 可以实现双结叠层电池的吸收层光学带隙在1.12～1.72eV范围的变化，可以吸收太阳光谱中300～1100nm波长范围的光。 
本实用新型的有益效果是，可以提高电池的光电转换效率，减薄电池厚度，不易发生光致衰退效应，缩短制备时间，降低生产成本。 
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 
图1是本实用新型的电池结构示意图。 
图2是硅基双结叠层太阳电池的第一个实施例。 
图3是硅基双结叠层太阳电池的第二个实施例。 
图中1.玻璃，2.透明导电薄膜，3.掺硼P型非晶硅，4.非晶硅本征层，5.掺磷N型非晶硅，6.隧道结，7.掺硼P型多晶硅，8.多晶硅本征层，9.掺磷N型多晶硅，10.铝膜，11.增反射层，12.顶电池，13.底电池。 
具体实施方式
在图1中，顶电池(12)、底电池(13)构成串联结构。顶电池(12)包括三层材料，依次是掺硼P型非晶硅(3)、非晶硅本征层(4)、掺磷N型非晶硅(5)。底电池(13)包括三层材料，依次是掺硼P型多晶硅(7)、多晶硅本征层(8)、掺磷N型多晶硅(9)。顶电池(12)与底电池(13)之间采用隧道结(6)连接，匹配短路电流。玻璃(1)作为太阳电池衬底，透明导电薄膜(2)作为电池前电极，铝膜(10)作为背电极。 
在图2所示实施例中，掺硼P型非晶硅(3)、非晶硅本征层(4)、掺磷N型非晶硅(5)、隧道结(6)、掺硼P型多晶硅(7)、多晶硅本征层(8)、掺磷N型多晶硅(9)全部采用绒面工艺沉积。绒面工艺选择氢氧化钠(NaOH)作为反应物，硅酸钠和异丙醇作为添加剂，利用择优腐蚀原理，在硅片的表面形成金字塔结构。在太阳电池表面形成绒面结构不仅可以降低表面的反射率，而且还可以在电池的内部形成光陷阱，从而显著地提高太阳电池的转换效率。 
在图3所示的另一个实施例中，在底电池(13)的最后一层薄膜，掺磷N型多晶硅(9)与背电极铝膜(10)之间加入一个增反射层(11)。采用直流反应磁控溅射法沉积ZnO:Al透明导电薄膜作为增反射层。该增反射层可以反射从顶电池(12)和底电池(13)透射而至的光线，有利于高能量短波段光的二次吸收，提高太阳电池的全波段响应。并且没有在电池内部构成界面，保证了光生载流子的传输和吸收。 

Claims (4)

1.一种硅基双结叠层太阳电池，包括一个顶电池(12)、一个底电池(13)，两个电池之间经隧道结连接构成串联结构，其特征在于：所述顶电池是非晶硅的PIN结电池，所述底电池是多晶硅的PIN结电池，各子电池及其间的连接结构直接在玻璃衬底上沉积而成。
2.根据权利要求1所述的一种硅基双结叠层太阳电池，其特征在于：顶电池(12)中非晶硅本征层(4)厚度与底电池(13)中多晶硅本征层(8)厚度的比值设置为1∶3。
3.根据权利要求1所述的一种硅基双结叠层太阳电池，其特征在于：顶电池(12)中非晶硅材料的光学带隙为1.72eV。
4.根据权利要求1所述的一种硅基双结叠层太阳电池，其特征在于：顶电池(12)与底电池(13)之间设置一个隧道结(6)，匹配短路电流。
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Cited By (4)

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