CN208385419U - 一种复合型太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合型太阳能电池，自上而下依次包括第一透明电极层、窗口层、吸收层、中间电极层、衬底层、本征层、掺杂层、第二透明电极层。在该电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池共用中间电极层和衬底层，有效太阳能电池的光电转换效率并使其具有更大的市场应用潜力。

Description

一种复合型太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池，特别是涉及一种复合型太阳能电池。

背景技术

随着人类社会的发展，能源危机问题越来越突出。太阳能发电成为目前解决能源问题的有效手段之一。太阳能发电包括第一代的晶硅发电，第二代的薄膜太阳能电池发电，第三代的量子点太阳能电池发电。截至目前晶硅发电技术已日臻完善，技术和设备成熟度已达到极限。薄膜太阳能电池由于转换效率低和设备难题尚未能大规模推广。目前比较可能的探讨方向为晶硅叠加薄膜太阳能电池。

如图3所示，现有技术公开了一种复合太阳能电池，包括前电极，透明导电薄膜，P型层，本征层，n型层，p型硅层，n型硅层，钝化层和金属背电极。

该技术为薄膜太阳能电池和异质结电池叠置得到的叠层太阳能电池。叠层太阳能电池中含有正、负两个电极层，在该结构中，载流子需要流经薄膜太阳能电池和异质结电池两层电池结构方可到达电极层，进一步被电极层收集和导出，这就要求载流子寿命要足够长方可实现。而晶硅的载流子寿命大多在微秒范围内，很难达到上述要求。同时，该叠层太阳能电池，实质是将薄膜太阳能电池和异质结电池“串联”在一起，形成“串联电路”，根据木桶原理，该叠层太阳能电池要匹配低的电流，这样的匹配，会损失高转化率的电池多转化的那部分电，被浪费的这部分电荷在叠层太阳能电池体内形成热损失，对叠层太阳能电池起到负面影响。

发明内容

为解决现有叠层太阳能电池存在的至少一个技术问题，本实用新型提供了一种将HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池复合形成新型结构太阳能电池。

本实用新型提供的一种复合型太阳能电池，自上而下依次包括第一透明电极层、窗口层、吸收层、中间电极层、衬底层、本征层、掺杂层、第二透明电极层。

优选的，衬底层的厚度为100-200μm。

优选的，本征层的厚度为1～30nm。

优选的，掺杂层的厚度为10～100nm。

优选的，中间电极层的厚度为300～1000nm。

优选的，吸收层的厚度为1～5um。

优选的，窗口层的厚度为50～500nm。

优选的，第一透明电极层的厚度为100～1000nm；第二透明电极层的厚度为100～1000nm。

优选的，第一透明电极层选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种；所述第二透明电极层选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。

优选的，中间电极层选自银层、铝层、ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。

该电池将HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池复合形成本申请所述结构的复合太阳能电池，在该电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池共用中间电极层和衬底层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1）如图1和图2所示，在复合型太阳能电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池共用中间电极层，在该结构中，载流子仅需流经薄膜太阳能电池或HIT太阳能电池结构即可到达电极层，进一步被电极层收集和导出，载流子寿命在微秒范围内衬底层材料也可适用于该电池。同时，解决了现有叠层太阳能电池中载流子寿命要求苛刻的技术问题。

2）如图1和图2所示本申请中的中间电极层与第一透明电极层之间形成一条“串联回路”；中间电极层与第二透明电极层之间形成另一条“串联回路”，两条“串联回路”中的电流和电压各自独立、无需满足电流匹配等严格的兼容性要求，即解决了现有的叠层太阳能电池电流匹配问题，实现了光伏发电效率最大化。

3）本实用新型将现有成熟的高效N型硅技术上叠加薄膜太阳能电池技术，同时中间叠加了中间电极层，实现了更高效技术的叠加。

另外，本技术中叠加的两种电池皆主要采用真空工艺实现，工艺一致性比较高，产业化容易，大规模生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型所述的复合型太阳能电池的示意图。

图2为本实用新型实施例2所述的复合型太阳能电池的工作原理示意图。

图3为现有技术中复合太阳能电池的示意图。

1、第一透明电极层，2、窗口层，3、吸收层，4、中间电极层，5、衬底层，6、本征层，7、掺杂层，8、第二透明电极层。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述。

本实用新型提供了一种复合型太阳能电池，如图1所示，自上而下依次包括第一透明电极层1、窗口层2、吸收层3、中间电极层4、衬底层5、本征层6、掺杂层7、第二透明电极层8。具体的，第一透明电极层背离窗口层的表面为向光面。

具体的，本申请发明人将HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池复合形成本申请所述结构的复合型太阳能电池，在该电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池共用中间电极层和衬底层。如图1和图2所示，1）在复合太阳能电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能共用中间电极层，在该结构中，载流子仅需流经薄膜太阳能电池或HIT太阳能电池结构方可到达电极层，进一步被电极层收集和导出，载流子寿命在微秒范围内衬底层材料均可适用于该电池。同时，解决了现有叠层太阳能电池中载流子寿命要求苛刻的技术问题。2）本申请中的中间电极层与第一透明电极层之间形成一条“串联回路”；中间电极层与第二透明电极层之间形成另一条“串联回路”，两条“串联回路”中的电流和电压各自独立、无需满足电流匹配等严格的兼容性要求，即解决了现有的叠层太阳能电池电流匹配问题，实现了光伏发电最大化。3）本实用新型将现有成熟的高效N型硅技术上叠加薄膜太阳能电池技术，同时中间叠加了中间电极层，实现了更高效技术的叠加。

另外，本技术中叠加的两种电池皆主要采用真空工艺实现，工艺一致性比较高，产业化容易，大规模生产成本低。

本申请中的第一透明电极层、中间电极层和第二透明电极层分别与引出端口连接，将电流引出至外电路。

优选的，第一透明电极层1的厚度为100～1000nm；第二透明电极层8的厚度为100～1000nm；进一步优选的，第一透明电极层的材料选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种；所述第二透明电极层的材料选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。具体制备工艺为本领域常规工艺，如，磁控溅射或者反应等离子沉积（RPD）等。

优选的，窗口层2的厚度为50～500nm，窗口层2过厚，薄膜颜色变深，影响光的透过率，窗口层过薄，不能均匀布满整个平面，可能形成漏电通道；进一步优选的，窗口层为硫化镉薄膜层；进一步，可以为N型硫化镉薄膜层。窗口层的制备工艺为本领域常规工艺，如，真空镀膜等。

优选的，吸收层3的厚度为1～5um，吸收层过厚，浪费材料同时增加载流子扩散距离，吸收层过薄，不能有效的吸收阳光，且增大电阻；吸收层为碲化镉薄膜层；进一步，可P型碲化镉薄膜层。吸收层的制备工艺为本领域常规工艺，如，真空镀膜等。

优选的，吸收层3与窗口层2形成PN结，最大限度的吸收太阳光，进一步提高光转化效率。

优选的，中间电极层4的厚度为300～1000nm，中间电极层过厚，浪费材料增加成本，中间电极层过薄，电阻增大且不能形成很好的欧姆接触；中间电极层的材料选自银层、铝层、ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。中间电极层制备工艺为本领域常规工艺，如，真空镀膜等。

优选的，衬底层5的厚度为100-200μm，衬底层过厚，成本增加且不利于载流子扩散，衬底层过薄，硅片易碎，且工艺要求苛刻；衬底层可以为N型衬底层或P型衬底层；进一步，衬底层选自单晶硅、多晶硅中的一种。

优选的，本征层6的厚度为1～30nm，本征层过厚，电阻较大影响载流子传输，本征层过薄，太薄不能均匀覆盖底层表面，达不到最佳钝化效果，且工艺要求苛刻；本征层为本征非晶硅薄膜层，即为i层，起钝化作用。本征层的制备工艺为本领域常规工艺，如等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等。

优选的，掺杂层7的厚度为10～100nm，掺杂层过厚，增加载流子扩散距离，不利于载流子运输，掺杂层过薄，不能形成良好的面覆盖；掺杂层为掺杂了的硅薄膜层，可以为N型或P型；当其为N型时，衬底层为P型，当其为P型时，衬底层为N型。掺杂层的制备工艺为本领域常规工艺，如等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等。

实施例1

如图1所示，在本实施例中复合型太阳能电池，自上而下依次包括第一透明电极层1，窗口层2，吸收层3，中间电极层4，衬底层5，本征层6，掺杂层7和第二透明电极层8；第一透明电极层1背离窗口层2的表面为向光面。

具体的，采用厚度为180μm的N型单晶硅片作为衬底层5，并对表面进行正常清洗；在N型单晶硅片衬底层5的背光面上设有15nm厚度的非晶硅薄膜层，即，本征层6；在本征层6的背光面上设有30nm厚度的P型硅薄膜层，即，掺杂层7；在衬底层5的向光面上设有厚度为500nm的银层作为中间电极层4；在中间电极层4的向光面设有3um厚度的碲化镉薄膜层作为吸收层3；在吸收层3的向光面设有150nm厚度的硫化镉薄膜层作为窗口层2；最后，在窗口层2的向光面、掺杂层7的背光面分别设有厚度为300nm的 ITO透明导电薄膜层。

实施例2

如图1所示，在本实施例中复合型太阳能电池，自上而下依次包括第一透明电极层1，窗口层2，吸收层3，中间电极层4，衬底层5，本征层6，掺杂层7和第二透明电极层8；第一透明电极层1背离窗口层2的表面为向光面。

具体的，采用厚度为180μm的P型单晶硅片作为衬底层5，并对表面进行正常清洗；在P型单晶硅片衬底层5的背光面上设有15nm厚度的非晶硅薄膜层，即，本征层6；在本征层6的背光面上设有30nm厚度的N型硅薄膜层，即，掺杂层7；在衬底层5的向光面上设有厚度为500nm的银层作为中间电极层4；在中间电极层4的向光面设有3um厚度的碲化镉薄膜层作为吸收层3；在吸收层3的向光面设有150nm厚度的硫化镉薄膜层作为窗口层2；最后，在窗口层2的向光面、掺杂层7的背光面分别设有厚度为300nm的 ITO透明导电薄膜层。

实施例3

如图1所示，在本实施例中复合型太阳能电池，自上而下依次包括第一透明电极层1，窗口层2，吸收层3，中间电极层4，衬底层5，本征层6，掺杂层7和第二透明电极层8；第一透明电极层1背离窗口层2的表面为向光面。

具体的，采用厚度为180μm的N型单晶硅片作为衬底层5，并对表面进行正常清洗；在N型单晶硅片衬底层5的背光面上设有35nm厚度的非晶硅薄膜层，即，本征层6；在本征层6的背光面上设有30nm厚度的P型硅薄膜层，即，掺杂层7；在衬底层5的向光面上设有厚度为200nm的银层作为中间电极层4；在中间电极层4的向光面设有3um厚度的碲化镉薄膜层作为吸收层3；在吸收层3的向光面设有30nm厚度的硫化镉薄膜层作为窗口层2；最后，在窗口层2的向光面、掺杂层7的背光面分别设有厚度为300nm的 ITO透明导电薄膜层。

对比例1

如图2所示，

底电池(异质结太阳电池)：P型硅层为10nm；N型硅层为厚度为200μm，电阻率为5Ωcm的N型单晶硅片；钝化层为20nm厚度的本征的a-Si:H；背电极为厚度为1.5μm的铝层。

顶电池(薄膜太阳电池)：N型层为20nm 厚度的a-Si:H ；本征层为300nm的a-Si:H；P型层为8nm a-Si:H，得到nip结构硅。

在顶电池p型层上设有70nm厚的透明导电薄膜。

在透明导电薄膜上设有金属前电极，从而完成叠层太阳电池的制造。

测试方法

光转化效率测试I-V测试

测试设备：美国Quick Sun 120 CA；

测试条件：（1）光源辐照度为1000W/CM2；(2)测试温度为25℃；（3）AM1.5地面太阳光谱辐照度分析。

计算方法：η=(FF×VOC×Jsc)/Pin×100%，其中，FF表示填充因子，Voc表示开路电压；Jsc表示短路电流；Pin表示单位面积入射光的功率。测试结果见表1。

表1

。

经测试，如表1所示，实施例提供的复合型太阳能电池的光转化效率远远高于对比例的光转化效率，说明本申请所述结构的太阳能电池中HIT太阳能电池和薄膜太阳能电池共用中间电极层和衬底层，更有利于载流子的输运，提高了电池的电流收集能力，进而提高电池的光转换效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合型太阳能电池，其特征在于，所述复合型太阳能电池自上而下依次包括第一透明电极层、窗口层、吸收层、中间电极层、衬底层、本征层、掺杂层、第二透明电极层。

2.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述衬底层的厚度为100-200μm。

3.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述本征层的厚度为1～30nm。

4.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述掺杂层的厚度为10～100nm。

5.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述电极层的厚度为300～1000nm。

6.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述吸收层的厚度为1～5um。

7.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述窗口层的厚度为50～500nm。

8.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极层的厚度为100～1000nm；所述第二透明电极层的厚度为100～1000nm。

9.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极层选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种；所述第二透明电极层选自ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。

10.根据权利要求1所述的复合型太阳能电池，其特征在于，所述中间电极层选自银层、铝层、ITO透明导电薄膜层、FTO透明导电薄膜层、AZO透明导电薄膜层（AZO）或IWO透明导电薄膜层中的一种。