CN205542818U - 非晶硅层叠太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种非晶硅层叠太阳能电池，包括顶电池层，包括顺序层叠的第一P型非晶硅层、第一本征非晶硅层和第一N型非晶硅层；中间电池层，包括在第一N型非晶硅层的远离第一本征非晶硅层的一侧顺序层叠的第二P型非晶硅层、第二本征非晶硅锗层和第二N型非晶硅层；第一反射层，设置于中间电池层的远离顶电池层的一侧表面；底电池层，设置于第一反射层的远离中间电池层的一侧表面，且底电池层包括顺序层叠的第三P型非晶硅层、第三本征非晶硅锗层和第三N型非晶硅层。上述非晶硅层叠太阳能电池进一步优化了顶电池层、中间电池层和底电池层之间的电流匹配，进而提高了非晶硅层叠太阳能电池的转化效率。

Description

非晶硅层叠太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种非晶硅层叠太阳能电池。

背景技术

非晶硅太阳能电池由于其带隙较宽(1.7eV)，且只能吸收波长在400-750nm的太阳光，从而限制了电池转换效率的提高。而且，由于S-W效应，也导致其稳定功率进一步降低。为了解决上述问题，出现了带隙较小(约1.1eV)的微晶硅太阳电池，它可以吸收400～1100nm的太阳光。但是，由于微晶硅是间接带隙材料，太阳光的吸收系数较低，因此为了提高光吸收率，通常要使微晶硅太阳电池具有较大厚度，这导致在太阳能电池的制备工艺中沉积时间和制造成本的增加。

1994年，瑞士Neuchatel大学LMT(Institute of microtechnology)小组提出了双叠层电池结构，上述双叠层电池结构相比于微晶硅太阳电池其转换效率能够得到显著提升。目前，叠层电池已成为国内外研究及产业化发展的热点方向。

然而，在层叠太阳能电池中，各电池层的电流匹配是影响整体电池效率的重要因素。由于层叠太阳能电池中的非晶硅顶电池层一般很薄，微晶硅底电池层则较厚，从而导致了顶电池层的光吸收下降，使其短路电流密度低于底电池层的短路电流密度，进而导致顶电流和底电流不匹配。根据电流连续性原理，整个层叠太阳能电池的短路电流密度受到顶电池层的限制，进而导致了层叠太阳能电池转换效率的降低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种非晶硅层叠太阳能电池，以解决现有技术中的层叠太阳能电池的转换效率降低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种非晶硅层叠太阳能电池，包括：顶电池层，包括顺序层叠的第一P型非晶硅层、第一本征非晶硅层和第一N型非晶硅层；中间电池层，包括在第一N型非晶硅层的远离第一本征非晶硅层的一侧顺序层叠的第二P型非晶硅层、第二本征非晶硅锗层和第二N型非晶硅层；第一反射层，设置于中间电池层的远离顶电池层的一侧表面；底电池层，设置于第一反射层的远离中间电池层的一侧表面，且底电池层包括顺序层叠的第三P型非晶硅层、第三本征非晶硅锗层和第三N型非晶硅层。

进一步地，顶电池层还包括第二反射层，第二反射层设置于第一本征非晶硅层和第一N型非晶硅层之间。

进一步地，第一反射层和第二反射层均为硅氧层。

进一步地，第一P型非晶硅层的厚度为5～20nm，第一本征非晶硅层的厚度为100～200nm，且第一N型非晶硅层的厚度为15～30nm。

进一步地，第二P型非晶硅层的厚度为5～20nm，第二本征非晶硅锗层的厚度为100～300nm，第二N型非晶硅层的厚度为15～30nm。

进一步地，第三P型非晶硅层的厚度为5～20nm，第三本征非晶硅锗层的厚度为100～300nm，且第三N型非晶硅层的厚度为15～30nm。

进一步地，第一反射层的厚度为80～150nm，第二反射层的厚度为5～15nm。

进一步地，非晶硅层叠太阳能电池还包括：玻璃基板，设置于顶电池层的远离第一反射层的一侧；玻璃背板，设置于底电池层的远离第一反射层的一侧。

进一步地，玻璃背板的厚度为3.2～19mm，且玻璃背板为钢化玻璃。

进一步地，非晶硅层叠太阳能电池还包括：正面电极层，设置于顶电池层与玻璃基板之间；背电极层，设置于底电池层与玻璃背板之间。

进一步地，背电极层为AZO-Ag-NiCr-Al复合层。

进一步地，正面电极层的厚度为500～1000nm，且正面电极层为掺氟氧化锡层、掺铝氧化锌层或掺锡氧化铟层。

进一步地，非晶硅层叠太阳能电池还包括设置于玻璃背板与背电极层之间的封装材料层。

进一步地，封装材料层为EVA层或PVB层。

应用本实用新型的技术方案，该非晶硅层叠太阳能电池包括顶电池层、中间电池层、第一反射层和底电池层，由于第一反射层设置在中间电池层与底电池层之间，能够通过反射透过顶电池层或中间电池层的太阳光调节中间电池层与底电池层中的光通量，从而进一步优化了顶电池层、中间电池层和底电池层之间的电流匹配，进而提高了非晶硅层叠太阳能电池的转化效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型实施方式所提供的一种非晶硅层叠太阳能电池的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、顶电池层；110、第一P型非晶硅层；120、第一本征非晶硅层；130、第一N型非晶硅层；20、中间电池层；210、第二P型非晶硅层；220、第二本征非晶硅锗层；230、第二N型非晶硅层；30、第一反射层；40、底电池层；410、第三P型非晶硅层；420、第三本征非晶硅锗层；430、第三N型非晶硅层；50、玻璃基板；60、玻璃背板；70、背电极层；80、封装材料层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由背景技术可知，现有层叠太阳能电池中，整个层叠太阳能电池的短路电流密度受到顶电池层的限制，进而导致了层叠太阳能电池转换效率的降低。本实用新型针对上述问题进行研究，提供了一种非晶硅层叠太阳能电池，如图1所示，包括顶电池层10、中间电池层20、第一反射层30和底电池层40，其中，顶电池层10包括顺序层叠的第一P型非晶硅层110、第一本征非晶硅层120和第一N型非晶硅层130，中间电池层20包括在第一N型非晶硅层130的远离第一本征非晶硅层120的一侧顺序层叠的第二P型非晶硅层210、第二本征非晶硅锗层220和第二N型非晶硅层230，第一反射层30设置于中间电池层20的远离顶电池层10的一侧表面；底电池层40设置于第一反射层30的远离中间电池层20的一侧表面，且底电池层40包括顺序层叠的第三P型非晶硅层410、第三本征非晶硅锗层420和第三N型非晶硅层430。

本实用新型的上述非晶硅层叠太阳能电池由于包括顶电池层10、中间电池层20、第一反射层30和底电池层40，且第一反射层30设置在中间电池层20与底电池层40之间，从而能够将中短波反射回来，使其被中间电池层20再次吸收；长波透过上述第一反射层30被底电池层40吸收，从而能够调节中间电池层20与底电池层40中的光通量，进而优化了叠层的各电池层之间的电流匹配，提高了太阳能电池的转化效率，同时还能够减薄中间电池层20中的第二本征非晶硅锗层220的厚度，达到改善非晶硅电池的光致衰退效应。

在本实用新型提供的非晶硅层叠太阳能电池中，各电池层的厚度以及各电池层中掺杂层和本征层的厚度可以根据实际需要进行设定。优选地，顶电池层10中第一P型非晶硅层110的厚度为5～20nm，第一本征非晶硅层120的厚度为100～200nm，第一N型非晶硅层130的厚度为15～30nm；中间电池层20中的第二P型非晶硅层210的厚度为5～20nm，第二本征非晶硅锗层220的厚度为100～300nm，第二N型非晶硅层230的厚度为15～30nm；并且，底电池层40中的第三P型非晶硅层410的厚度为5～20nm，第三本征非晶硅锗层420的厚度为100～300nm，第三N型非晶硅层430的厚度为15～30nm。

在本实用新型提供的非晶硅层叠太阳能电池中，优选地，顶电池层10还包括第二反射层(未在图1中示出)，第二反射层设置于第一本征非晶硅层120和第一N型非晶硅层130之间。上述第二反射层能够使未被吸收的太阳光反射回来被顶电池吸收，进而提高了顶电池层10的光吸收效率。

更为优选地，上述第一反射层30和第二反射层均为硅氧层。选择硅氧层作为反射层能够使反射层在保证电导性的同时具有较低的折射率，从而满足中间层材料的电学与光学要求，以实现叠层的各电池层间的光谱分配，进而优化了各电池层之间的电流匹配。上述第一反射层30的厚度优选为80～150nm，上述厚度范围的第一反射层30能够在有效调节非晶硅层叠太阳能电池中各电池层光通量的基础上，节约了反射层的制作成本，同时保证非晶硅层叠太阳能电池能够具有较小的厚度与尺寸。上述第二反射层的厚度优选为5～15nm，上述厚度范围的第二反射层能够使未被吸收的太阳光反射回来被顶电池吸收，进而提高了顶电池层的光吸收效率。

在本实用新型提供的非晶硅层叠太阳能电池中，非晶硅层叠太阳能电池还包括玻璃基板50和玻璃背板60，玻璃基板50设置于顶电池层10的远离第一反射层30的一侧，玻璃背板60，设置于底电池层40的远离第一反射层30的一侧，构成的非晶硅层叠太阳能电池为双玻太阳能电池。由于双玻太阳能电池利用玻璃代替传统的组件背板，且玻璃为无机材料，在户外能够长期不降解、耐磨损且具有更大的耐腐蚀性，从而提高了非晶硅层叠太阳能电池的抗裂性能和抗弯曲性能，进而提高了非晶硅层叠太阳能电池的可靠性。

在本实用新型提供的上述双玻太阳能电池中，优选地，玻璃背板60为钢化玻璃。由于钢化玻璃不仅具有很高的承载能力，而且具有较高的抗风压性、寒暑性和耐冲击性，从而提高了光伏广告牌的可靠性。并且，上述玻璃背板60的厚度优选为3.2～19mm。具有上述厚度范围的玻璃背板60能够保证非晶硅层叠太阳能电池具有较高可靠性。

在本实用新型提供的上述双玻太阳能电池中，非晶硅层叠太阳能电池还包括正面电极层(未在图1中示出)和背电极层70，正面电极层设置于顶电池层10与玻璃基板50之间，上述正面电极层与玻璃基板50形成导电玻璃基板50，背电极层70设置于底电池层40与玻璃背板60之间。上述背电极层70优选为AZO-Ag-NiCr-Al复合层，由于上述复合层具有较强的导电性，且能够增强对光的反射，从而提高了光的利用率并将电流输出电极。形成上述正面电极层的材料优选为掺氟氧化锡、掺铝氧化锌或掺锡氧化铟，由于上述优选材料形成的正面电极层具有较好的透光性，还能作为减反射层，从而能够有效地防止进入的阳光被反射。并且，上述正面电极层的厚度可以为500～1000nm，具有上述优选厚度范围的正面电极层能够在保证正面电极层具有较高导电性能的同时，进一步地降低非晶硅层叠太阳能电池的厚度与尺寸。

在本实用新型提供的上述双玻太阳能电池中，非晶硅层叠太阳能电池还可以包括设置于玻璃背板60与背电极层70之间的封装材料层80。形成上述封装材料层80的材料优选为EVA或PVB。上述材料形成的封装材料层80能够使电池层与外层玻璃之间具有较大的粘附性，从而进一步提高了非晶硅层叠太阳能电池的可靠性。

在本实用新型提供的另一种优选的实施方式中，非晶硅层叠太阳能电池可以包括顺序层叠设置的玻璃基板50、正面电极层、顶电池层10、中间电池层20、第一反射层30、底电池层40、背电极层70、封装材料层80和玻璃背板60，可以通过将上述层叠的各层经层压和高压釜以形成上述太阳能电池，其结构如图1所示。

制备上述优选的非晶硅层叠太阳能电池的工艺可以包括：首先，在导电玻璃基板50上采用PECVD依次沉积第一P型非晶硅层110、第一本征非晶硅层120、第一N型非晶硅层130、第二P型非晶硅层210、第二本征非晶硅锗层220、第二N型非晶硅层230、第一反射层30、第三P型非晶硅层410、第三本征非晶硅锗层420、第三N型非晶硅层430，上述第一P型非晶硅层110、第一本征非晶硅层120和第一N型非晶硅层130构成顶电池层10，上述第二P型非晶硅层210、第二本征非晶硅锗层220和第二N型非晶硅层230构成中间电池层20，上述第三P型非晶硅层410、第三本征非晶硅锗层420和第三N型非晶硅层430构成底电池层40；然后，采用磁控溅射法在第三N型非晶硅层430上沉积背电极层70、在组件上铺设封装材料层80并与玻璃背板60进行合片层压。

在上述非晶硅层叠太阳能电池的制备工艺中，沉积第一P型非晶硅层110时，反应气体可以包括硅烷、三甲基硼、甲烷和氢气；沉积第一本征非晶硅层120时，反应气体可以包括硅烷和氢气；沉积第一N型非晶硅层130时，反应气体可以包括硅烷、磷烷和氢气；沉积第二P型非晶硅层210和第三P型非晶硅层410时，反应气体可以包括硅烷、三甲基硼和氢气；沉积第二本征非晶硅锗层220和第三本征非晶硅锗层420时，反应气体可以包括硅烷、锗烷和氢气；沉积硅氧层作为第一反射层30时，反应气体可以包括硅烷、二氧化碳和氢气。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、设置在中间电池层与底电池层之间的第一反射层能够将中短波反射回来，使其被中间电池层再次吸收；长波透过上述第一反射层被底电池层吸收，从而能够调节中间电池层与底电池层中的光通量，进而优化了叠层的各电池层之间的电流匹配，进一步提高了太阳能电池的转化效率，同时还能够减薄中间电池层中的第二本征非晶硅锗层的厚度，达到改善非晶硅电池的光致衰退效应；

2、上述第二反射层能够使未被吸收的太阳光反射回来被顶电池吸收，进而提高了顶电池层的光吸收效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，包括：

顶电池层(10)，包括顺序层叠的第一P型非晶硅层(110)、第一本征非晶硅层(120)和第一N型非晶硅层(130)；

中间电池层(20)，包括在所述第一N型非晶硅层(130)的远离所述第一本征非晶硅层(120)的一侧顺序层叠的第二P型非晶硅层(210)、第二本征非晶硅锗层(220)和第二N型非晶硅层(230)；

第一反射层(30)，设置于所述中间电池层(20)的远离所述顶电池层(10)的一侧表面；

底电池层(40)，设置于所述第一反射层(30)的远离所述中间电池层(20)的一侧表面，且所述底电池层(40)包括顺序层叠的第三P型非晶硅层(410)、第三本征非晶硅锗层(420)和第三N型非晶硅层(430)。

2.根据权利要求1所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述顶电池层(10)还包括第二反射层，所述第二反射层设置于所述第一本征非晶硅层(120)和所述第一N型非晶硅层(130)之间。

3.根据权利要求2所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述第一反射层(30)和所述第二反射层均为硅氧层。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述第一P型非晶硅层(110)的厚度为5～20nm，所述第一本征非晶硅层(120)的厚度为100～200nm，且所述第一N型非晶硅层(130)的厚度为15～30nm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述第二P型非晶硅层(210)的厚度为5～20nm，第二本征非晶硅锗层(220)的厚度为100～300nm，第二N型非晶硅层(230)的厚度为15～30nm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述第三P型非晶硅层(410)的厚度为5～20nm，第三本征非晶硅锗层(420)的厚度为100～300nm，且所述第三N型非晶硅层(430)的厚度为15～30nm。

7.根据权利要求3所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述第一反射层(30)的厚度为80～150nm，所述第二反射层的厚度为5～15nm。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述非晶硅层叠太阳能电池还包括：

玻璃基板(50)，设置于所述顶电池层(10)的远离所述第一反射层(30)的一侧；

玻璃背板(60)，设置于所述底电池层(40)的远离所述第一反射层(30)的一侧。

9.根据权利要求8所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述玻璃背板(60)的厚度为3.2～19mm，且所述玻璃背板(60)为钢化玻璃。

10.根据权利要求8所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述非晶硅层叠太阳能电池还包括：

正面电极层，设置于所述顶电池层(10)与所述玻璃基板(50)之间；

背电极层(70)，设置于所述底电池层(40)与所述玻璃背板(60)之间。

11.根据权利要求10所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述背电极层(70)为AZO-Ag-NiCr-Al复合层。

12.根据权利要求10所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述正面电极层的厚度为500～1000nm，且所述正面电极层为掺氟氧化锡层、掺铝氧化锌层或掺锡氧化铟层。

13.根据权利要求10所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述非晶硅层叠太阳能电池还包括设置于所述玻璃背板(60)与所述背电极层(70)之间的封装材料层(80)。

14.根据权利要求13所述的非晶硅层叠太阳能电池，其特征在于，所述封装材料层(80)为EVA层或PVB层。