[发明专利]高效三结太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏太阳能电池领域，特别是一种具有高太阳能转化率的高效三结太阳能电池。

背景技术

随着经济发展以及人口增长，能源的需求越来越巨大，而作为传统能源的石油、煤炭以及水电等资源都是有限的，而且对环境的破坏性很大，CO2含量的增高已经威胁到人类的生存，因此必须大力开发各种新能源以替代传统能源，新能源的种类很多，有核能、风能、生物质能、太阳能等，其中太阳能被认为是最有发展前途的一种新能源。这是一方面太阳能无所不在，只要有太阳照到的地方就有太阳能，而不像风能那样必须在风力较强的地方才能使用。其次是太阳能的取之不尽用之不竭，可利用的资源最为丰富，是唯一能够满足人类发展需要的能源，其他能源的资源都是有限的。

将太阳光转换成为电能的太阳能电池的方法在最近几年发展非常迅速，产生了各种各样的太阳能电池。应用最为广泛的是单晶硅太阳能电池，单晶硅太阳能电池通常是以p型Si为衬底，扩散n型杂质。为取出电流，p型衬底的整个下表面涂银并烧结，以形成银电极，接通两电极即能得到电流。单晶硅电池的转换效率较高，但是由于单晶硅材料价格昂贵，本身制备也比较困难，同时制备过程中消耗大量能量，成本较高，所以更多的是采用多晶硅材料制备太阳能电池。多晶硅太阳能电池的结构和制备方法与单晶硅太阳能电池类似，效率一般会比单晶硅太阳能电池低一些。但是制备多晶硅材料的能耗与成本仍然很高，为了快速降低成本，减少材料用量，开发了采用非晶硅材料的非晶硅太阳能电池。随着技术进步，非晶硅太阳能电池的转换效率也已经逐步提高到实用化程度，而且由于非晶硅材料的光学吸收系数比晶体硅的高许多，所以厚度可以做的较小，一般整个非晶硅层的厚度只要300微米左右就足够了。

对于单结太阳能电池，即便是用晶体材料制备的，其转换效率的理论极限一般在AM1.5的光照条件下也只有25％左右。这是因为，太阳光谱的能量分布较宽，而任何一种半导体只能吸收其中能量比自己带隙值高的光子。其余的光子不是穿过电池被背面金属吸收转变为热能，就是将能量传递给电池材料本身的原子，使材料发热。这些能量都不能通过产生光生载流子变成电能。不仅如此，这些光子产生的热效应还会升高电池工作温度而使电池性能下降。为了最大程度的有效利用更宽广波长范围内的太阳光能量。人们把太阳光谱分成几个区域，用能隙分别与这些区域有最好匹配的材料做成电池，使整个电池的光谱响应接近与太阳光光谱，具有这样结构的太阳能电池称为叠层电池。现有一种双结薄膜硅太阳能电池采用了微晶硅层作为第二PN结，可以有效吸收太阳光的红外部分，比单结太阳能电池效率要高，但是微晶硅材料的禁带宽度为1.12eV，如果光子能力低于1.12eV则无法吸收。另外一种多结太阳能电池，该电池为Si/GaAs/InGaP三层结构，采用MBE技术在硅电池上外延生长多结电池，通过MBE方式可以精确控制材料的生长及各层电池的厚度，由于三层不同的材料具有不同的禁带宽度，每种材料可以吸收不同波谱范围内的太阳光，电池的吸收光谱变宽，大量的太阳光被电池吸收，从而进一步提高了太阳能电池的光电转换效率。据称该电池可以得到35％的转换效率，但是由于In材料很贵重，As有剧毒等，该电池作为聚光太阳能电池系统的电池片比较有利，大面积使用存在很多技术上的困难。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种提高太阳能转化效率，同时价格低廉无污染适合大面积制备的高效三结太阳能电池。

技术方案：本发明公开了一种高效三结太阳能电池，包括透明基板，以及依据本征层的禁带宽度由大到小依次设置在基板上的非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、微晶锗硅太阳能电池，在微晶锗硅太阳能电池上设有集电极。

本发明中，优选地，所述非晶硅太阳能电池包括依次设置的第一P型非晶硅层、i型非晶硅层以及第一n型非晶硅层。

本发明中，优选地，所述微晶硅太阳能电池包括依次设置的第二p型非晶硅层、i型微晶硅层以及第二n型非晶硅层。

本发明中，优选地，所述微晶锗硅太阳能电池包括依次设置的第三p型非晶硅层、i型微晶锗硅层以及第三n型非晶硅层。

本发明中，优选地，另一种方案，所述微晶硅太阳能电池包括依次设置的第二p型非晶硅层、i型微晶硅层以及n型微晶硅层。

本发明中，优选地，另一种方案，所述微晶锗硅太阳能电池包括依次设置的p型微晶硅层、i型微晶锗硅层以及第二n型非晶硅层。

本发明中，优选地，所述塑料基板为透明导电玻璃制成。