[发明专利]薄膜太阳能电池的背反射层无效
申请号: | 200710004966.2 | 申请日: | 2007-02-14 |
公开(公告)号: | CN101246914A | 公开(公告)日: | 2008-08-20 |
发明(设计)人: | 李沅民;马昕 | 申请(专利权)人: | 北京行者多媒体科技有限公司 |
主分类号: | H01L31/075 | 分类号: | H01L31/075;H01L31/042;H01L31/02;H01L31/0216;H01L31/0232 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 薄膜 太阳能电池 反射层 | ||
技术领域
本发明属于太阳能光伏器件领域,特别涉及到薄膜太阳能电池的光学设计。
背景技术
近年来,光伏电池和大面积光伏模块的发展引起了世人的广泛关注。尤其是氢化非晶硅和纳米晶硅,它们随着光伏器件在商业和住宅设施中的广泛应用,显示出巨大的潜力。在260℃以下这样较低的温度下生产薄膜硅光伏器件的一个显著特点是,大面积沉积的与硅相关的半导体膜层和电接触膜层具有优良性能。同时,使用良好成熟的镀膜设备和程序,可以工业化地制成低成本的模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺(laserpatterning)允许多个太阳能电池元件在薄膜沉积过程中直接形成集成式的大面积光伏模块,减少了加工步骤也改善了产品的可靠性。
对于光伏器件,特别是薄膜光伏器件来讲,使其性能优良的关键是优化半导体光电转换层对光能的吸收,并同时减少器件中的光损耗。在很薄的吸收层里能够最大限度的吸收光能,是高转换效率的必备条件。包括氢化非晶硅和纳米晶硅的氢化薄膜硅所构成的太阳能电池通常具有p-i-n结构,其中p层和n层是不活跃的“死层”,它们在非掺杂的i层(吸收层)中建立一个内置电场,从而使得光致载流子被有效的收集。其吸收层的厚度一般只有几百个微米,最多不超过大约2000微米。而且氢化硅薄膜的红光和红外光的吸收系数都比较低,所以有很大部分的阳光不能被有效的利用起来。通常基于氢化硅薄膜的p-i-n结构被夹在前后两个电极(电接触层)中,而形成完整的光伏元件。通常使用的前电极必须具有良好的透明度和导电性,它通常是由透明导电氧化物(TCO)构成,譬如厚度为600-900纳米的被掺杂的氧化锡或氧化锌薄膜。后电极通常由一个TCO和不透光的金属薄膜共同组成,其一个重要作用就是将未被吸收的光反射回p-i-n结构之中。已经尝试过各种各样的办法来改善对光的吸收,其中包括使用粗糙的透明前电极,以增强光的散射。另外,也使用过反光率较高的背电极,使得未被吸收的光再一次被投回到电池中。对于非晶硅电池来讲吸收层i层也不能做得很厚,原因是该材料具有光质衰减的缺陷。所以卓越的光学设计对于像氢化硅这样的薄膜太阳能电池的转换效率起有决定性作用。
当前生产包含非晶硅,非晶硅锗合金和纳米晶硅的基于薄膜硅的光伏模块时,ZnO/Al(氧化锌/铝)是人们选择的标准材料。一个常见的p-i-n型光伏器件的层状结构包括玻璃基板;透明导电的前电极;基于薄膜的p-i-n结构,分别包括p层、i层和n层;透明导电氧化物(氧化锌)和金属薄膜(银或者铝)。实验室中制作的高效率氢化硅薄膜太阳能电池是以氧化锌和银(ZnO/Ag)作为背电极。然而,这种ZnO/Ag的配合会产生明显的分流(shunt),分流又会致使能量转化率低,这个问题在大面积光伏模块的生产中尤其明显。随着时间的推移,银会失去本身的光泽,ZnO/Ag制成的背电极的反光能力就会降低。银自身的扩散能力很强,随着银渗透到硅层中,会逐渐产生分流,这影响了光伏模块的使用寿命。而且,限制银的用量有助于降低光伏模块的生产成本。
相比之下,ZnO/Al制作的薄膜光伏模块更长寿、更可靠,因为铝不易导致分流现象,这对于大面积模板的生产非常有利。但是和ZnO/Ag相比,铝的光反射能力差很多,所以限制了光电转换效率。因为光伏模块的成本很大程度上取决于它的能量转化效率(输出功率),所以欠佳的背反射器严重限制了这种器件的商业吸引力。
所以,很有必要寻求一种反射性接近或超过ZnO/Ag,而稳定性又不亚于ZnO/Al的高反射背电极。
发明内容
基于上述考虑,申请人拟订了本发明的首要目的:提高基于氢化硅的薄膜太阳能光伏器件的转换效率。
本发明的另一个目的是,改善薄膜太阳能电池的背电极光学特性,特别是对长波光的响应。
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L31-00 对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射,或微粒辐射敏感的,并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半导体本体为特征的
H01L31-04 .用作转换器件的
H01L31-08 .其中的辐射控制通过该器件的电流的,例如光敏电阻器
H01L31-12 .与如在一个共用衬底内或其上形成的,一个或多个电光源,如场致发光光源在结构上相连的,并与其电光源在电气上或光学上相耦合的