CN205985019U - 一种改进的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种改进的太阳能电池，属于新能源技术领域。它解决了现有太阳能电池光能利用率低等技术问题。本太阳能电池包括从上往下依次设置的透明的玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层；玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层相互平行设置，玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层的周边套设有固定框架，ITO薄膜上设有导电金属材料制成的金属网架，吸收层采用砷化镓制成，吸收层上具有矩形光栅结构。本实用新型中吸收层刻蚀成矩形光栅结构之后，光线在光栅吸收层内的随机多次反射使传播时间增长、传播距离变大，增加了吸收层光栅区域的整体光场强度，使更多的光子能够有机会与吸收层的材料作用，最终提高了吸收层的光吸收效率。

Description

一种改进的太阳能电池

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，涉及一种改进的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

中国专利(公告号：CN105514199A，公开日：2016-04-20)公开了一种太阳能电池组件，包括依次黏结有背板、EVA后膜、太阳能电池片层、EVA前膜和钢化玻璃，在电池片层上均匀的固定有太阳能电池串一至太阳能电池串八，太阳能电池串一和太阳能电池串二上端用汇流条一连接，太阳能电池串三、太阳能电池串四、太阳能电池串五、太阳能电池串六上端用汇流条二连接，太阳能电池串七、太阳能电池串八上端用汇流条一连接，太阳能电池串一、太阳能电池串二、太阳能电池串三、太阳能电池串四的下端用汇流条三连接；太阳能电池串五、太阳能电池串六、太阳能电池串七、太阳能电池串八的下端用汇流条三连接；每两片太阳能电池片之间均用焊带连接。

上述专利文献中的太阳能电池组件太阳能吸收效率不够高。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种改进的太阳能电池，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提高太阳能电池的光能转换效率。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种改进的太阳能电池，包括从上往下依次设置的透明的玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层；所述玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层相互平行设置，所述玻璃盖板、ITO薄膜、吸收层和反射层的周边套设有固定框架，其特征在于，所述ITO薄膜上设有导电金属材料制成的金属网架，所述吸收层采用砷化镓制成，所述吸收层上具有矩形光栅结构。

其原理如下：入射光进入吸收层被半导体材料砷化镓吸收后，产生光生载流子被ITO薄膜收集后通过银电极和ITO层上层的金属网架作为电流导出。砷化镓是一种重要的半导体材料，属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，禁带宽度比较宽，其光谱响应和太阳光谱匹配能力好，当光线照射到砷化镓上之后，部分光子会被吸收，这些被吸收的光子一部分被转换为电子，另外一部分转换为热能等其它能量；由于太阳能电池光电转换效率与材料的禁带宽度Eg有关，禁带宽度在范围内的材料具有较高的光电转换效率。而砷化镓材料的光子禁带宽度Eg＝1.43eV，在较高转换效率的禁带宽度范围之内。传统的砷化镓薄膜太阳能电池吸收层为砷化镓材料组成的平板形结构，平板形结构对光子的吸收作用较差，因为光子在平板形吸收层表面有较大的反射率而且与吸收层接触面积较小。本技术方案中吸收层刻蚀成矩形光栅结构之后，光线在光栅吸收层内的随机多次反射使传播时间增长、传播距离变大，增加了吸收层光栅区域的整体光场强度，使更多的光子能够有机会与吸收层的材料作用，最终提高了吸收层的光吸收效率。

在上述的改进的太阳能电池中，所述吸收层上矩形光栅结构的刻槽深度为250nm。在填充因子一定的情况下，刻槽深度越大吸收率越大，但吸收率随刻槽深度的变化不太明显，而光栅填充比对吸收率影响也比较明显，在入射波长为600nm时，填充比在0.5左右吸收率达到最大；经过数据分析，刻槽深度为250nm时各个填充比下的吸收率普遍高于深度更深的300nm。

在上述的改进的太阳能电池中，所述吸收层上的矩形光栅结构为双层光栅结构。将吸收层设计为双层光栅结构，光栅的第一层设计为填充比较小的光栅重点吸收某一频率范围的光波，同时较小的填充比有利于未被吸收的光波透过，第二层针对上一层没有充分吸收的光波进行再次吸收，最终提高可见光波段的整体吸收率。

在上述的改进的太阳能电池中，所述反射层为由Si和SiO2组成的晶体结构，所述反射层的底部渡有金属银。透到底部的光子通过反射仍然能被吸收层再次吸收，有助于吸收率的提高，底部反射层的反射率也一定程度上决定了吸收层的吸收率。

与现有技术相比，本实用新型中吸收层刻蚀成矩形光栅结构之后，光线在光栅吸收层内的随机多次反射使传播时间增长、传播距离变大，增加了吸收层光栅区域的整体光场强度，使更多的光子能够有机会与吸收层的材料作用，最终提高了吸收层的光吸收效率。

附图说明

图1是本太阳能电池的结构示意图。

图中，1、玻璃盖板；2、ITO薄膜；3、吸收层；4、反射层；5、固定框架；6、金属网架。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的实施例作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本太阳能电池包括从上往下依次设置的透明的玻璃盖板1、ITO薄膜2、吸收层3和反射层4；玻璃盖板1、ITO薄膜2、吸收层3和反射层4相互平行设置，玻璃盖板1、ITO薄膜2、吸收层3和反射层4的周边套设有固定框架5，ITO薄膜2上设有导电金属材料制成的金属网架6，吸收层3采用砷化镓制成，吸收层3上具有矩形光栅结构；吸收层3上矩形光栅结构的刻槽深度为250nm。入射光进入吸收层3被半导体材料砷化镓吸收后，产生光生载流子被ITO薄膜收集后通过银电极和ITO层上层的金属网架6作为电流导出；砷化镓是一种重要的半导体材料，属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，禁带宽度比较宽，其光谱响应和太阳光谱匹配能力好，当光线照射到砷化镓上之后，部分光子会被吸收，这些被吸收的光子一部分被转换为电子，另外一部分转换为热能等其它能量；由于太阳能电池光电转换效率与材料的禁带宽度Eg有关，禁带宽度在范围内的材料具有较高的光电转换效率。而砷化镓材料的光子禁带宽度Eg＝1.43eV，在较高转换效率的禁带宽度范围之内。传统的砷化镓薄膜太阳能电池吸收层3为砷化镓材料组成的平板形结构，平板形结构对光子的吸收作用较差，因为光子在平板形吸收层3表面有较大的反射率而且与吸收层3接触面积较小。本实施例中吸收层3刻蚀成矩形光栅结构之后，光线在光栅吸收层3内的随机多次反射使传播时间增长、传播距离变大，增加了吸收层3光栅区域的整体光场强度，使更多的光子能够有机会与吸收层3的材料作用，最终提高了吸收层3的光吸收效率。

在填充因子一定的情况下，刻槽深度越大吸收率越大，但吸收率随刻槽深度的变化不太明显，而光栅填充比对吸收率影响也比较明显，在入射波长为600nm时，填充比在0.5左右吸收率达到最大；经过数据分析，刻槽深度为250nm时各个填充比下的吸收率普遍高于深度更深的300nm。

进一步的，本实施例中吸收层3上的矩形光栅结构为双层光栅结构，光栅的第一层设计为填充比较小的光栅重点吸收某一频率范围的光波，同时较小的填充比有利于未被吸收的光波透过，第二层针对上一层没有充分吸收的光波进行再次吸收，最终提高可见光波段的整体吸收率。反射层4为由Si和SiO2组成的晶体结构，反射层4的底部渡有金属银；透到底部的光子通过反射仍然能被吸收层3再次吸收，有助于吸收率的提高，底部反射层4的反射率也一定程度上决定了吸收层3的吸收率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1、玻璃盖板；2、ITO薄膜；3、吸收层；4、反射层；5、固定框架；6、金属网架等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (4)

1.一种改进的太阳能电池，包括从上往下依次设置的透明的玻璃盖板(1)、ITO薄膜(2)、吸收层(3)和反射层(4)；所述玻璃盖板(1)、ITO薄膜(2)、吸收层(3)和反射层(4)相互平行设置，所述玻璃盖板(1)、ITO薄膜(2)、吸收层(3)和反射层(4)的周边套设有固定框架(5)，其特征在于，所述ITO薄膜(2)上设有导电金属材料制成的金属网架(6)，所述吸收层(3)采用砷化镓制成，所述吸收层(3)上具有矩形光栅结构。

2.根据权利要求1所述的改进的太阳能电池，其特征在于，所述吸收层(3)上矩形光栅结构的刻槽深度为250nm。

3.根据权利要求1所述的改进的太阳能电池，其特征在于，所述吸收层(3)上的矩形光栅结构为双层光栅结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的改进的太阳能电池，其特征在于，所述反射层(4)为由Si和SiO2组成的晶体结构，所述反射层(4)的底部渡有金属银。