CN202977429U - 一种太阳能电池及减反射膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种太阳能电池，包括：电池本体及减反射膜，所述减反射膜至少包括三层薄膜，靠近所述电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离所述电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜能够最大限度的发挥钝化和减反射的作用，提高了减反射膜的性能，最终达到了提高太阳能电池光电转换效率的目的。

Description

一种太阳能电池及减反射膜

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及减反射膜。 

背景技术

太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。 

最常见的晶体硅太阳能电池的基本结构，如图1所示，为现有技术中一种常见太阳能电池的基本结构图，从上至下依次为：正电极101、减反射膜102、基底103、背电场104、背电极105。 

其中，减反射膜102是覆盖在基底103表面的一层深蓝色氮化硅（SiNx:H）固态薄膜，由于其具有符合减反射原理的折射率和膜厚，所以拥有很好的陷光效应，减少了入射光的反射损失，从而能够提高太阳能电池的转换效率；并且减反射膜层中含有的钝化基能够修复电池片表面和内部存在的缺陷，减少复合中心，达到很好的表钝化和体钝化的效果，从而增大太阳能电池的短路电流，提高其光电转换效率。由此可见，在电池片表面沉积减反射膜对于提高太阳能电池的电性能和光电转换效率是非常重要的。 

但是，在实际使用过程中发现，现有技术中太阳能电池的减反射膜的钝化和减反射能力有限，影响了太阳能电池的光电转换效率的提高。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种太阳能电池及减反射膜，以达到增强减反射膜的钝化和减反射能力，提高太阳能电池的光电转换效率。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 

一种太阳能电池，其特征在于，包括： 

电池本体； 

覆盖在所述电池本体表面上的减反射膜，所述减反射膜至少包括三层薄膜，靠近所述电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离所述电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

优选的，所述第一薄膜的折射率大于所述第二薄膜的折射率，所述第二薄膜的折射率大于所述第三薄膜的折射率。 

优选的，所述减反射膜的每层薄膜的厚度随薄膜与电池本体的距离的增大而增大。 

优选的，所述减反射膜的整体厚度为75nm～95nm，包括端点。 

优选的，所述减反射膜中含有的介质为氮化硅、氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的任意一种。 

优选的，所述减反射膜的每层薄膜的介质材料不同或相同。 

优选的，所述第三薄膜的绝缘能力大于所述第一薄膜和所述第二薄膜的绝缘能力。 

本实用新型还提供了一种减反射膜，其特征在于，该减反射膜至少包括三层薄膜，远离光入射一侧的薄膜为第一薄膜，靠近光入射一侧的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点： 

本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜采用至少三层的薄膜结构，合理搭配每层薄膜的介质材料，使靠近电池本体的薄膜的钝化能力强于远离电池本体的薄膜的钝化能力，远离电池本体的薄膜的减反射能力强于靠近电池本体的薄膜的减反射能力，并且根据减反射原理，合理设置每层薄膜的折射率和厚度，使每层薄膜的折射率和厚度按照一定的规律变化，最终使减反射膜能够最大限度的发挥其钝化和减反射的作用，避免了现有技术中减反射膜的钝化和减反射能力有限的缺陷，提高了减反射膜的性能，最终达到了提高太阳能电池光电转换效率的目的。 

进一步的，本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜的总体厚度不大于现有技术中减反射膜的厚度，且各层薄膜的折射率、厚度、所含介质的种类及量都经过总体调配，一方面使得各层薄膜的制备条件存在差异，镀膜时间不同，从而使本实用新型所提供的减反射膜的整体镀膜时间较现有技术减少，提高了生产效率；另一方面使得产生各层薄膜中介质的材料（如：硅烷、氨气、三甲基铝、氧化二氮、氧气等）的用量为最佳配比，没有多余的用量，从而本实用新型制备减反射膜所用的材料的总体用量较现有技术减少，降低了生产成本。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为现有技术中一种常见太阳能电池的基本结构图； 

图2为本实用新型实施例所提供的太阳能电池的基本结构图。 

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中的减反射膜的钝化和减反射能力有限，从而影响太阳能电池的光电转换效率，发明人发现，出现这种问题的原因是，现有技术中太阳能电池的减反射膜通常是单层结构，所含有的介质的种类单一、量少，从而导致减反射膜的减反射和钝化能力有限，影响了太阳能电池的光电转换效率的提高。 

基于上述现有技术的缺点，本实用新型实施例提供了一种太阳能电池，包括： 

电池本体； 

覆盖在所述电池本体表面上的减反射膜，所述减反射膜至少包括三层薄膜，靠近所述电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离所述电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜采用至少三层的薄膜结构，合理搭配每层薄膜的介质材料，使靠近电池本体的薄膜的钝化能力强于远离电池本体的薄膜的钝化能力，远离电池本体的薄膜的减反射能力强于靠近电池本体的薄膜的减反射能力，并且根据减反射原理，合理设置每层薄膜的折射率和厚度，使每层薄膜的折射率和厚度按照一定的规律变化，最终使得减反射膜的能够最大限度的发挥其钝化和减反射的作用，避免了现有技术中单层减反射膜的钝化和减反射能力有限的缺陷，提高了减反射膜的性能，最终达到了提高太阳能电池光电转换效率的目的。 

以上是本实用新型的基本思想，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，但是本实用新型还可以采用其他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例的限制。 

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 

本实用新型实施例提供了一种太阳能电池，如图2所示，为本实用新型实施例所提供的太阳能电池的基本结构图，包括：电池本体200以及覆盖在电池本体200表面上的减反射膜，其中减反射膜包括靠近电池本体200的第一薄膜201、远离电池本体200的第三薄膜203及位于第一薄膜201和第三薄膜203中间的第二薄膜202。 

需要说明的是，本实用新型实施例所提供的太阳能电池的电池本体的基本材料可以为包括N型单晶硅、P型单晶硅、N型多晶硅和P型多晶硅在内的硅材料，也可以为砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物、硫化镉、铜铟硒等多元无机盐化合物，还包括功能高分子材料或者纳米晶材料。 

本实用新型实施例所提供的太阳能电池的减反射膜的制备采用膜淀积技术，其材料可以为氮化硅、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的一种或几种。 

膜淀积技术主要包括：CVD（化学气相淀积）、电镀、PVD（物理气相淀积）、蒸发和旋涂方法，下面以采用PECVD技术制备氮化硅减反射膜为例对太阳能电池减反射膜的制备过程进行详细的说明。 

采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）技术制备氮化硅减反射膜的基本过程为，利用低温等离子体作能量源，将电池本体置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或者另外的发热体）使电池本体升温到预定的温度，然后通入适量氨气和硅烷作为反应气体，氨气和硅烷经过一系列化学反应和等离子体反应后，会在电池本体的表面形成固态的深蓝色SiNx:H薄膜，这就是氮化硅减反射膜。 

需要指出的是，SiNx:H减反射膜中SiNx（即氮化硅）起减反射作用，而H（即氢原子）可以起到表钝化和体钝化的作用。减反射膜一方面由于符合减反射原理，所以可以减少光的反射，增大电池对光的吸收率；另一方面由于在制备减反射膜的过程中大量的氢原子达到电池本体表面，并进入电池本体内部，这些氢原子会与电池本体表面的切割造成的悬挂键和杂质引起的不饱和的共价键结合，并且与电池本体内部的位错、晶体缺陷或其他杂质产生的不饱和共价键结合，减少复合中心，提高光生载流子的收集率，从而起到很好的表钝化和体钝化的效果，提高了短路电流和开路电压，最终达到提高太阳能电池的光电转化效率的效果。 

本实用新型实施例中的第一薄膜201位于靠近电池本体200的一侧，与电池本体200的正面接触，其介质材料为二氧化硅、折射率为2.5、厚度为10nm；第三薄膜203位于远离电池本体200的一侧，即位于太阳能电池的最外侧，其介质材料为氮化硅、折射率为2.05、厚度为50nm；第二薄膜202位于第一薄膜201与第三薄膜203之间，其介质材料为氮化硅、折射率为2.1、厚度为30nm。 

需要指出的是，由于电池本体200的表面在切割的过程中，会造成损伤，形成较多的悬挂键，同时电池本体200的表面存在的一些杂质会产生不饱和的共价键，另外，电池本体200内部本身存在的一些内部位错、晶格缺陷或其它杂质都会产生不饱和的共价键，这些悬挂键和共价键作为复合中心非常容易复合电流，引起短路电流的减小，影响太阳能电池的光电转换效率，所以需要对电池本体200进行表钝化和体钝化，以结合上述的悬挂键和共价键，增加短路电流，提高太阳能电池的光电转换效率。 

本实用新型实施例通过使钝化效果好的二氧化硅薄膜（即第一薄膜201）与电池本体200距离最近，从而二氧化硅薄膜中的钝化基能够最大限度的到达电池本体200的表面和内部，将电池本体200所含有的悬挂键和不饱和共价键结合，很好地发挥其钝化功能。 

本实用新型实施例还可以选用其它钝化效果好的介质材料作为第一薄膜，例如：氧化铝、氮化硅等，并且，钝化效果好的介质材料所构成的薄膜并不仅限于减反射膜相对于电池本体200的第一层薄膜，只要满足靠近电池本体200的薄膜的钝化能力大于远离电池本体200的薄膜的钝化能力的条件，该钝化效果好的介质材料所构成的薄膜可以位于其它位置。 

在本实用新型的其它实施例中，若减反射膜的层数大于3，令靠近电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，优选的可以使第一薄膜中含有的钝化基的量大于第二薄膜中含有的钝化基的量，第二减薄膜中含有的钝化基的量大于第三薄膜中含有的钝化基的量，以使更多的钝化基进入到太阳能电池的表面和内部，发挥表钝化和体钝化的功能。 

需要说明的是，本实用新型实施例采用减反射效果好的氮化硅薄膜作为第三薄膜203，使其位于太阳能电池的最外侧，这是由于氮化硅薄膜的折射率接近2，相对于其它介质材料最接近太阳能电池所需的最佳折射率1.96，具有最好的减反射的效果，从而能够增加光的吸收，提高太阳能电池的光电转换效率，并且，氮化硅薄膜质硬耐磨、疏水性好、针孔密度低，气体和水汽极难穿透，能够很好的保护太阳能电池。 

本实施例仅以氮化硅薄膜作为第三薄膜为例进行说明，在本实用新型的其它实施例中，还可以采用其它减反射效果好的介质材料形成第三薄膜，并且，减反射效果好的介质材料所构成的薄膜并不仅限于减反射膜相对于电池本体200的最外层薄膜，只要满足远离电池本体200的薄膜的减反射能力大于靠近电池本体200的薄膜的减反射能力的条件，该减反射效果好的介质材料所构成的薄膜可以位于其它位置。 

需要指出的是，本实施例所提供的太阳能电池的减反射膜的三层薄膜的折射率随薄膜与电池本体的距离的增大而减小，这样的设计使光反射进入薄膜时，是从光密介质进入光疏介质，增加了发生全反射的概率，使更多的光 留在薄膜内，也即增加了太阳能电池对光的吸收，从而可以提高其光电转换效率。 

这里需要强调减反射膜的折射率主要受介质材料的影响，不同的介质材料其自身的物理属性决定了折射率的不同；除此之外，形成减反射膜时的沉积速率也是影响薄膜折射率的一个重要因素，这是由于沉积速率的快慢会影响形成的薄膜的致密性，即使介质材料相同，所形成的薄膜的折射率也会不同，而影响沉积速率的因素主要有镀膜场的温度、电场强度、气体压力等。 

在本实用新型的其它实施例中，若减反射膜的层数大于3，令靠近电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，优选的可以按照第一薄膜的折射率大于所述第二薄膜的折射率，第二薄膜的折射率大于第三薄膜的折射率的规律进行设计，以增加太阳能电池对光的吸收。 

需要说明的是，本实施例所提供的太阳能电池的减反射膜的三层薄膜的厚度随薄膜与电池本体的距离的增大而增大，这样的设计原因主要有：由于薄膜内的钝化基需要穿透薄膜到达太阳能电池的表面和内部，在设计时减反射膜时如果使靠近太阳能电池表面的薄膜的厚度薄一些，就会有更多的钝化基到达太阳能电池的表面和内部，发挥表钝化和体钝化的功能；并且，由于太阳能电池最外侧的薄膜首先与光接触，且直接与外界环境接触，这就要求靠近外侧的薄膜有较厚的厚度，以增加光的吸收，同时抵挡外界环境中的不利影响。 

需要强调的是，本实用新型仅以减反射膜的各层薄膜的厚度随薄膜与电池本体的距离的增大而增大的设计进行说明，但是本实用新型中减反射膜的各层薄膜的厚度的变化并不限定于以上设计，在本实用新型的其它实施例中，只要满足靠近太阳能电池表面的薄膜的折射率最小的条件下，靠近太阳能电池表面的薄膜的厚度也可以较靠近太阳能电池外侧的薄膜的厚度厚，或者减反射膜的各层薄膜中也可以有两层或两层以上的薄膜的厚度相同。 

并且，本实施例通过对镀膜时间、镀膜场的电场强度、温度等参数的有效控制，使不同的薄膜具有不同的厚度。 

在本实用新型的其它实施例中，若减反射膜的层数大于3，优选的可以按照厚度随薄膜与电池本体的距离的增大而增大的规律进行设计，以增加太阳能电池对光的吸收，并增加太阳能电池抵挡外界环境中不利影响的能力。 

另外，需要强调的是，本实用新型实施例根据不同介质材料的不同属性，和不同位置薄膜所需要起到的主要作用，来总体调配每层薄膜所需的介质材料的种类和用量，使每层薄膜中的介质材料能最大限度发挥自身应起的作用，并使每种介质材料的用量达到最佳配比，不产生多余的用量，因此本实用新型制备减反射膜所用介质材料的总体用量较现有技术减少，从而能够达到降低生产成本的目的。 

下面结合具体的实验数据对上述有益效果进行说明。 

表1为本实用新型工艺与常规工艺所消耗的氨气的量的对比结果，表2为本实用新型工艺与常规工艺所消耗的硅烷的量的对比结果。 

表1 

表2 

本实用新型工艺进行所消耗的介质材料的量较现有技术有明显的减少，其中氨气耗量平均减少6.76升，平均节约率为9.54%，硅烷耗量平均减少0.54升，平均节约率为6.70%，本实用新型制备减反射膜的工艺达到了很好地降低耗材量，节约生产成本的目的。 

并且，本实用新型实施例根据不同位置薄膜所需起到的主要作用，总体搭配每层薄膜的厚度和折射率。由于薄膜的厚度主要受镀膜时间长短的影响，薄膜的折射率主要受原材料配比的影响，所以本实用新型实施例制备多层不同厚度、不同折射率的减反射薄膜的制备条件是存在差异的，这就使不同薄膜的镀膜时间不同，而减反射膜的总体厚度并不大于现有技术中单层减反射 膜的厚度，最终使总的镀膜时间较现有技术减少，也就达到提高生产效率的目的。 

下面结合具体的实验数据对上述有益效果进行说明。 

表3为本实用新型工艺与常规工艺的总体镀膜时间的对比结果。 

表3 

由表3中的实验数据可以发现，采用本实用新型工艺制备减反射膜的总体镀膜时间较现有技术有明显的减少，本实用新型工艺制备多层减反射膜的所用的时间平均为649秒，常规工艺制备单层膜所用的时间平均为702秒，时间的平均节约率为7.55%，本实用新型的工艺有效地提高了生产效率。 

需要说明的是，本实施例仅以上述减反射膜为例进行说明，在本实用新型的其它实施例中，可以根据实际的需要对减反射膜的层数、介质材料、介质材料所在的位置、各层的折射率及厚度进行相应的设计。 

进一步的，本实用新型实施例所提供的太阳能电池的减反射膜的总体厚度为75nm～95nm，包括端点。 

进一步的，本实用新型实施例所提供的太阳能电池的减反射膜的每层薄膜的介质材料可以相同，也可以不同。 

进一步的，本实用新型实施例所提供的太阳能电池的减反射膜远离电池本体的薄膜的绝缘能力大于其它位置的薄膜的绝缘能力。 

本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜采用至少三层的薄膜结构，合理搭配每层薄膜的介质材料，使靠近电池本体的薄膜的钝化能力强于远离电池本体的薄膜的钝化能力，远离电池本体的薄膜的减反射能力强于靠近电池本体的薄膜的减反射能力，并且根据减反射原理，合理设置每层薄膜的折射率和厚度，使每层薄膜的折射率和厚度按照一定的规律变化，最终使得减反射膜的能够最大限度的发挥其钝化和减反射的作用，避免了现有技术中单层减反射膜的钝化和减反射能力有限的缺陷，提高了减反射膜的性能，最终达到了提高太阳能电池光电转换效率的目的。 

并且，本实用新型所提供的太阳能电池的减反射膜的总体厚度不大于现有技术中单层减反射膜的厚度，且各层薄膜的折射率、厚度、所含介质的种类及量都经过总体调配，一方面使得各层薄膜的制备条件存在差异，镀膜时间不同，从而使本实用新型所提供的减反射膜的整体镀膜时间较现有技术减少，提高了生产效率；另一方面使得产生各层薄膜中介质的材料的用量为最佳配比，没有多余的用量，从而本实用新型制备减反射膜所用的材料的总体用量较现有技术减少，降低了生产成本。 

在本实用新型的另一实施例中还提供了一种减反射，该减反射膜至少包括三层薄膜，远离光入射一侧的薄膜为第一薄膜，靠近入射光一侧的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

上述减反射膜的优点在本实用新型的另一实施例中已经有详细的介绍，这里不再赘述。 

需要指出的是，本实施例所提供的减反射膜，不仅可以应用于太阳能电池，还可以应用于其它装置（如：减反射玻璃），这些均落入本实用新型的保护范围之内。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (8)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括： 

电池本体； 

覆盖在所述电池本体表面上的减反射膜，所述减反射膜至少包括三层薄膜，靠近所述电池本体表面的薄膜为第一薄膜，远离所述电池本体表面的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一薄膜的折射率大于所述第二薄膜的折射率，所述第二薄膜的折射率大于所述第三薄膜的折射率。 

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射膜的每层薄膜的厚度随薄膜与电池本体的距离的增大而增大。 

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射膜的整体厚度为75nm～95nm，包括端点。 

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射膜中含有的介质为氮化硅、氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的任意一种。 

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射膜的每层薄膜的介质材料不同或相同。 

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三薄膜的绝缘能力大于所述第一薄膜和所述第二薄膜的绝缘能力。 

8.一种减反射膜，其特征在于，该减反射膜至少包括三层薄膜，远离光入射一侧的薄膜为第一薄膜，靠近光入射一侧的薄膜为第三薄膜，位于第一薄膜和第三薄膜之间的为第二薄膜，其中，第三薄膜的减反射能力大于第一薄膜和第二薄膜的减反射能力，第一薄膜的钝化能力大于第二薄膜和第三薄膜的钝化能力。 

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