[实用新型]一种叠层太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏器件领域，特别涉及到一种叠层a-Si:H/poly-Si太阳能电池。

背景技术

非晶硅(a-Si)太阳能电池的传统结构SnO₂:F/p-a-SiC/i-a-Si/n-a-Si/A1，光吸收层是由等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的，在真空室内通入SiH₄和H₂，通过等离子放电使气体分解，然后沉积在200℃左右的玻璃、塑料或不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜。在这样低的温度下生产薄膜硅光伏器件的一个显著特点是，大面积沉积硅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光电模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺(laser patterning)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。但非晶硅薄膜由于原子排列长程无序，而且存在许多硅的悬挂键，因此缺陷态非常多，使得载流子迁移率较低，制备的器件效率也较低。所以，不同于晶体硅太阳能电池，非晶硅太阳电池一般制成p-i-n结构，其中p层和n层为“死层”，i层是本征层、光的吸收层，吸收层的厚度一般只有几百个纳米。i层吸收光子产生电子、空穴对，而两端掺杂的p、n层可在本征的i层中产生一个内建电场，把生成的电子、空穴对抽出输运到电极，使得光致载流子被收集。

但是由于非晶硅薄膜的缺陷态非常多，光照后产生的电子、空穴对很难被电极抽出，造成效率较低。而且i层越厚，p、n层之间形成的内建电场越小，电子、空穴越难被电极吸收。而减少i层厚度虽然利于电子、空穴的抽取，但是吸收层的减薄又会造成对太阳光的吸收不充分。此外，在长期光照下，a-Si:H太阳能电池转换效率(η)随着光照时间的延续而衰减，即所谓的S-W效应，这使得a-Si:H太阳能电池性能不稳定，一般情况下初始效率衰减20-25％才能达到稳定。而且由于其光学带隙为1.72eV左右，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，所以有很大部分的太阳光不能被有效的利用起来。这也限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。针对这些问题人们已经尝试过各种各样的办法来改善非晶硅太阳能电池的性能。

其中包括：1)采用带织构的SiO₂/SnO₂/ZnO复合透明导电膜代替ITO或SnO₂单层透明导电电极。阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应。2)在TCO/p之间插入一界面层，缩小前电极和p层之间的折射率差，最大限度的减少反射，降低光损耗。见中国专利申请号：200810089990.5。3)p层材料采用宽带隙高电导的微晶薄膜，如μc-SiC，减少P层的光吸收损失，减少电池的串联电阻。4)在p/i界面插入C含量缓变层，减少p/i界面缺陷，减少二极管质量因子。5)在p向i层的表面形成氧化层，见中国专利申请号：200810089986.9，提高p层与i层接触的表面带隙，减少入射光在p层的损失，提高电池的光电转换效率。6)采用新的材料制备工艺：化学退火法、脉冲氖灯光照法、氢稀释法、交替淀积与氢处理法、掺氟、本征层掺少量硼法等。此外，为了提高a-Si薄膜材料的掺硼效率，用三甲基硼代替二乙硼烷作掺杂源气。为了获得a-Si膜的高淀积速率，采用二乙硅烷代替甲硅烷作源气。7)在i层中掺锗，形成非晶硅锗窄带隙材料，见中国专利申请号：88106077.1。改变硅锗合金中锗含量，材料的带隙在1.1eV到1.7eV范围可调。8)i层采用渐变带隙的纳米晶硅，见中国专利申请号：200810024201.X。9)改进复合背电极，增强对长波光的反射，增加在电池中的光程，从而增强对太阳光捕获能力和光电转换效率。见中国专利申请号：200710004966.2。

另一方面解决这些问题的最有效的方法是就是采用叠层电池技术，叠层太阳能电池是在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个p-i-n子电池制得的。它可以有不同的组成形式，例如a-Si/a-Si、a-Si/μc-Si、a-Si/poly-Si、a-Si/μc-Si/a-Si等。叠层太阳能电池可以扩大太阳电池的光谱吸收范围，提高光电转换效率，并解决单结电池不稳定性问题。其中叠层太阳电池的顶电池的i层较薄，保证i层中的光生载流子有效抽出。