[发明专利]薄膜硅串叠型电池

说明书

本发明涉及薄膜硅串叠型电池(tandem cell)，其包括：玻璃衬底，其对入射光透明，所述入射光待由所述电池光电转化；在其上的透明导电氧化物顶层；在其上的非晶硅顶部电池；在其上的半透明反射层，其反射主要在波长为500-750nm的光谱中的光；和在其上的微晶底部电池。接着是(仍在入射光方向上)透明导电氧化物底层和在其上的白光反射体。

这类薄膜硅串叠型电池的结构示意性地示于图1中。根据图1，贯穿本发明所论述类型的薄膜硅串叠型电池包括玻璃衬底1，诸如日光的待光电转化的光入射在其上面。

在玻璃衬底1上，提供透明导电氧化物层3。该层被称为前TCO层。在所论述的层3上，存在顶部电池5，其包括正型掺杂(positively doped)层、本征层和负型掺杂层的三层结构p-i-n，其为非晶硅电池。

与电池的负型掺杂层和正型掺杂层的概念无关，如果电池的i-层(其为光电活性层)具有非晶硅，则将该电池称为“非晶硅”电池。

回到图1，可见在顶部电池5(非晶硅电池)上存在中间层7，中间层7为半透明反射层。该层7将光反射，由此将主要在波长为500-750nm的光谱中的光反射回到顶部电池5。在所论述的半透明反射层7上存在底部电池9，其为微晶硅电池。底部电池9包括三层：正型掺杂层、本征层(其为光电活性层)和负型掺杂层。因此，底部电池9也具有p-i-n结构。

类似于非晶硅电池，与正型掺杂层和负型掺杂层的概念无关，我们理解，贯穿本说明书和权利要求书，术语“微晶硅电池”指p-i-n结构的电池，其中本征层i具有微晶硅。

回到图1，在底部电池9上接着是透明导电氧化物底层11且最后为白光反射体13。

在透射穿过玻璃衬底1之后，入射光穿过前TCO层3，且根据其在与顶部电池5的界面处的表面特征，入射光散射通过顶部电池5散射。通过这样的散射，穿过顶部电池5的光程增加。入射在半透明反射层7上之后，已穿过顶部电池5的一部分光通往并穿过底部电池9，而一部分光被散射并反射回到顶部电池5中。一方面在前TCO 3和顶部电池5的界面与半透明反射层7和所述顶部电池5间的界面之间，存在改善顶部电池5中的转化效率的多次反射。因为非晶硅顶部电池5对于符合约500-750nm的波长的光谱范围中的光有效，所以该光谱为通过半透明反射层反射回到顶部电池5中的光的重要部分。

穿过半透明反射层7的光一方面在底部TCO层11和底部电池9之间的界面处反射，且另一方面由白光反射体13反射回到底部电池9。

已知半透明反射层7的利用。我们参见例如：D.Fischer等，“The micromorph solar cell：extending A-SI:H technology towards thin-film crystalline silicon(非微晶(micromorph)太阳能电池：使A-SI:H技术向薄膜结晶硅扩展)”，第25届PVSC；1996年5月13-17日；Washington D.C.、EP 1 650 811、J.Meier等，“LatestR+D developments of thin-film silicon PV at Oerlikon Solar(Oerlikon Solar薄膜硅PV的最新R+D发展)”，于“Proceedings of the 24.EU PVSEC(第24届EU PVSEC会议录)，Valencia，2008年9月，报告3CO.7.1”。

仍参看图1，应注意到前TCO层材料和底部TCO层材料的折射率通常为约2，而底部电池9的折射率通常为约4。顶部电池5的折射率为约4.5。因此，为了使半透明反射层7有效，其材料的折射率必须低于相邻的顶部电池5和底部电池9的折射率，应该低于2.5。

优化这类薄膜硅串叠型电池是迫切需要的任务。这特别是由于优化涵盖了：一方面大规模生产(其应该至少可能获利，而这显著取决于所实现的生产量)的考虑事项，且另一方面光电转化特性的考虑事项。因此，提供光电高效串叠型电池没有多大意义，因为其仅可以极高成本制造，而且，相反地，提供可以低成本制造、但具有低光电转化效率的这类串叠型电池没有多大意义。

显著影响生产成本的一个方面是层厚度，这些层遍布串叠型电池结构而使用。因此且特别地，如果论述顶部电池和/或底部电池的厚度且因此论述它们的光电活性i层的厚度，则在降低这些层各自的厚度与保持或甚至增加相应电池的转化效率之间存在明显的折衷。

本发明的一个目标在于，同时考虑制造方面以及光电效率方面，对现有串叠型薄膜电池提供改善。