[发明专利]一种新型结构的薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池，特指一种利用多个带隙薄膜材料，并结合氧化锌增反层的薄膜太阳电池的结构设计，用于光伏技术领域。

背景技术

目前在太阳能电池制造业中，晶体硅和多晶硅太阳电池在市场所占份额在80％以上。由于体硅的生产过程中能源消耗高，对环境造成严重污染，为此发展薄膜太阳电池势在必行。当前硅基薄膜太阳电池的生产主要还是基于非晶硅薄膜材料，非晶硅薄膜具有沉积温度低，可在玻璃、柔性衬底上大面积制备，改进后的非晶硅薄膜太阳电池具有低成本，低能耗，低污染的特点，但由于其光热稳定性差(S-W效应)，转换效率低，尤其是本征吸收层较厚的单结电池，电池衰退可达30％以上，严重制约了非晶硅薄膜太阳电池的发展。为了降低非晶硅薄膜的光致衰减效应，为此发展出了叠层、多结薄膜太阳电池，例如非晶硅/微晶硅薄膜双叠层太阳电池、非晶硅/微晶硅/微晶硅三叠层太阳电池，非晶硅/非晶锗硅/非晶锗硅；非晶硅/纳米硅/纳米硅薄膜等三叠层太阳电池。目前国内国际硅基薄膜太阳电池的研究中采用的几种技术都是通过降低非晶硅薄膜的厚度或完全避免使用非晶硅薄膜来降低光致衰减效应。但由于叠层、多结太阳电池受电流匹配的制约，同时各节电池的P/I界面、相邻单节太阳电池之间的N/P界面的影响，导致实际转化效率远低于理论值，也远低于体硅的转换效率。虽然工艺复杂程度提高了，但效率的提高与工艺复杂的提高不成正比。

发明内容

本发明的目的是针对现有结构中存在的这些制约因素，提供一种多带隙的薄膜太阳电池的新型结构。该发明采用PIN结构，本征吸收层I利用多个不同带隙的薄膜材料组成，同时在相邻两个不同带隙的薄膜之间设计一层具有高透过率，低电阻的氧化物半导体薄膜(增反层)，当光照射在该氧化物半导体薄膜的上下表面，由于光的干涉，增反层的厚度d₀满足公式2nd₀+λ/2＝λ时可以对一定波长的光起到增反作用，从而提高分波段光吸收的效果。并且每层增反层厚度有起伏，这样可以在一定的波长范围内起增反的作用。

对于三带隙薄膜太阳电池的结构(如附图1所示)为：从底层至上层依次为：不透明衬底、底电极、N层、本征吸收层、增反层、本征吸收层、增反层、本征吸收层、P层、透明上电极。

上述薄膜太阳电池结构(附图1)中，不透明衬底指柔性金属或聚酰亚胺膜衬底。

上述薄膜太阳电池结构(附图1)中，增反层指具有高透过率，低电阻的氧化物半导体薄膜。

上述薄膜太阳电池结构(附图1)中，本征吸收层的光学带隙从下到上是从小到大改变。

如果在玻璃衬底上制作该结构的薄膜太阳电池，则该结构调整为：玻璃衬底、透明上电极、P层、本征吸收层、增反层、本征吸收层、增反层、本征吸收层、N层、底电极。(见附图2)

其中N表示N型掺杂，P表示P型掺杂。

上述薄膜太阳电池结构(附图2)中，增反层指具有高透过率，低电阻的氧化物半导体薄膜。

上述薄膜太阳电池结构(附图2)中，本征吸收层的带隙从下到上是从大到小改变。

该发明利用多种不同带隙的薄膜材料，分波段吸收太阳光。假设被吸收的每个光子产生一对电子-空穴对，则根据对光的指数吸收规律，在加了增反层后本征吸收层的载流子的产生率为：