[发明专利]一种具有陷光结构的硅薄膜光电池

说明书

技术领域：

本发明为一种新型硅薄膜光电池，属于太阳能利用技术领域。

技术背景：

化石能源的逐步枯竭和环保问题使得可再生能源的发展变得越来越重要，成为产业发展的一个重要方向。可再生能源主要包括风能、潮汐能、生物能、水能和太阳能等，其中太阳能的利用包括光热和光电两个方向。光热的利用在中国发展非常快，太阳能热水器随处可见，但光电产业的发展并不十分乐观。当前光电池的主体是晶硅电池，由于需要大量的单晶或多晶硅材料，使得发电成本比当前主流发电技术的成本高数十倍，阻碍了其正常发展。根据粗略统计，中国晶硅电池产量虽然只占世界的10％左右，但在国内销售的也只有其中的10％，90％的产量销售到国外，造成了原料和市场都在国外的现象。目前国际上许多国家为了鼓励发展太阳能发电都采取了巨额政府补贴的方式，使得公司和家庭都有利可图，从而一定程度上刺激了产业发展。即使如此，太阳能发电容量依然很小。

降低成本是发展太阳能光电产业的唯一途径，不少人认为，只有太阳能电池价格降低到每平米30欧元，才能真正成为有实际意义的新能源，而这一价格仅为当前晶硅电池的几十分之一。解决这一问题的根本途径上发展薄膜硅电池，而且必须采用非常简单的工艺技术，具有高速薄膜沉积能力。为此，还必须在电池结构上有重大创新，总的薄膜厚度必须小于1微米，最好是小于500纳米，为提高生产效率打下基础。

当前薄膜硅光电池产品以非晶硅电池为主，效率较低，还存在退化问题。对于非晶硅薄膜电池，由于基本是直接带隙，所以光吸收系数很大，厚度1微米就足够了。非晶硅薄膜电池成本基本为晶硅电池的三分之一，但效率也基本为三分之一，相比没有什么优势。

多晶硅薄膜光电池是发展方向之一，效率可以达到15％以上。由于多晶硅薄膜为间接带隙，因此吸收系数小，需要10微米的厚度才能将入射光基本吸收，这样的厚度无疑将导致成本的提高。解决这一问题的手段是采用所谓的陷光结构，即让光在硅薄膜中来回多发射几次，这样就可以在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。

当前已经报道的陷光结构大部分是在玻璃衬底上加工出起伏表面，再在其上沉积多晶硅薄膜，形成光电池。也有的报道是先沉积多晶硅薄膜，然后在其上形成起伏表面。起伏表面的形成方法很多，如沉积一层氧化锡薄膜，自然形成起伏表面。也有采用光刻和刻蚀方法形成起伏表面的报道，但由于起伏的横向尺寸太大，陷光作用很小。附图1和2为已有的具有陷光结构的光电池示意图。由于起伏结构的横向尺寸大于波长，因此在起伏面上光表现为反射而不是散射或漫射，相当大一部分没被吸收的光又返回到电池薄膜外面去了。

针对所述的问题，本发明提出一种新型多晶硅薄膜光电池结构，成功的解决了光电转换效率和制作成本间的矛盾，为光电池产业发展提供了可靠的基础。

发明内容：

基于散射、反射、全反射、减反射等光学原理，本发明提出并实现了一种新型结构的多晶硅薄膜光电池。

具有新型陷光结构的硅薄膜光电池，基本结构由下而上为玻璃基片、二氧化硅隔离层、透明导电薄膜、P型半导体硅层、I型半绝缘硅层、N型半导体硅层、银和抗氧化金属组成的复合薄膜反射电极，其区别与已有结构光电池的基本特征在于：在所述的反射电极下面的硅层具有在低熔点金属非连续岛状薄膜保护下刻蚀形成的横向尺寸和厚度方向尺寸都小于300纳米的小岛状的起伏表面，所述的起伏表面是刻蚀N型半导体硅层形成。

本发明中的透明导电薄膜一般采用掺銻氧化锡、掺铝或掺镓氧化锌、氧化铟锡等金属氧化物，它们的折射率一般为2左右，如果将其厚度控制在60纳米左右，还可以起到阳光减反射薄膜的作用。

本发明中的复合薄膜反射电极中的抗氧化金属一般选用铝，这样即廉价效果又好，选用铬、镍等金属也可，效果相同，但成本稍高。

以下详细解释本发明与已有技术相比的突出技术效果。