[实用新型]一种太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多结叠层非晶硅太阳能电池，在叠层之间增设中间透明导电反射膜，属薄膜太阳能电池制造领域。

背景技术

薄膜太阳能电池是当今国际太阳能光伏行业降低光伏发电成本的主流途径之一，由于晶体硅太阳能电池原材料短缺且价格昂贵，因此其发电成本居高不下，成为其与常规市电竞争的致命瓶颈，而薄膜太阳能电池，尤其是非晶硅薄膜太阳能电池由于其厚度仅为0.5μm左右，材料用量极少，且制造工艺简单，能耗小，所以生产成本比晶体硅太阳能电池低很多。然而尽管如此，非晶硅太阳能电池的发电成本仍然高于常规市电的成本，尤其非晶硅叠层太阳能电池由于要沉积六层非晶硅和微晶硅膜，其发电成本更高，因此如何进一步降低非晶硅叠层太阳能电池的生产成本是国内外各大光伏公司关注的重点课题。

另一方面，为了提高非晶硅太阳能电池的光电转换效率，可以从充分利用太阳光中不同波长的光子的途径来考虑。单结非晶硅太阳能电池其结构是由P、I、N三层非晶硅膜组成，其中本征非晶硅层即I层是光生载流子的产生区域，当太阳光照射到非晶硅太阳能电池时，能量大于或等于I层非晶硅能隙宽度的光子(对应某个波长)被处于价带中的电子吸收，光子把能量转移给电子，电子获得能量后，跃迁到导带形成光生电子空穴对，该电子空穴对在PN结的内建电场的作用下分别向P、N区域作定向移动，形成光生电流，而能量低于I层非晶硅能隙宽度的光子则不足以使价带中的电子跃迁到导带，因此不能被太阳能电池利用而浪费掉了，也就是说由于太阳光光谱的能量分布较宽，而任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子，太阳光中能量小于能隙宽度的所有光子将穿过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用供给了电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热，这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能，因而单结非晶硅太阳能电池转换效率不高，而且欠能和超能光子的热效应还会使电池温度升高造成电池性能衰退。

为了解决上述问题，如果把太阳光光谱分成几个子域，用能隙分别与这些选择子域有最好匹配的材料做成电池，并按从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽能隙的材料电池所利用，波长较长的光能够透射进到里面让较窄能隙材料的电池利用，这样就能最大限度地将太阳光能转变为电能。以上是形成非晶硅叠层太阳能电池的一般基本原理。

通常叠层电池的顶电池本征层材料用非晶硅本征层(a-Si)，底电池本征层则可选非晶硅、微晶硅、非晶硅锗等。

在薄膜太阳能电池中，并非所有大于或等于I层非晶硅膜能隙宽度的光子都能全部被I层非晶硅所吸收，这是因为强光中光子密度比较大而且光子传播速度极快，总有存在一些光子，本征非晶硅层中的电子来不及吸收，虽然，这部分光子能够被后面的底电池吸收，但由于底电池的I层微晶硅或非晶硅锗膜的能隙宽度较小，光子能量的多余部分将转化为热能而浪费掉。如果能够将符合顶电池I层非晶硅能隙宽度的光子再反射回到顶电池的I层中去，则I层可以对其进行二次吸收，在不增加顶电池I层厚度的情况下可增加光生电流。要实现此目的，目前，通常采用的方法是在每个子电池的N层膜上再叠加一层透明导电膜。根据光的薄膜干涉的原理，当光入射到两层不同材料薄膜的交界面上时，部分光将被反射，频率相同、振动方向非正交、相位差恒定的不同光波在界面的交叠，使某些区域振幅增强，另一些区域振幅减弱，即产生光的干涉现象，薄膜交界面处光的反射大小决定于交界面上光的干涉效应，光的反射率为：