[发明专利]基于双面金属包覆波导结构非晶硅太阳能电池及制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。

背景技术

目前太阳能电池的主流是单晶硅和多晶硅，占世界太阳能电池年总产量70％以上。然而这类太阳能电池成本较高，用于生产的半导体材料有限，受到规模化生产的限制。

因此，从材料到制作太阳能电池的整个过程中，对可以连续制造且节能、大面积、重量轻、能规模化生产的薄膜型太阳能电池产生急切的需求，而其具有代表性的材料是氢化非晶硅(a-Si:H)。1976年美国RCA实验室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池，揭开了a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。目前a-Si多结太阳能电池的最高光电转换效率已达15％。但现有的薄膜非晶硅太阳能电池还是具有光谱的入射角度范围和光谱的吸收范围窄，陷光作用不强，光电转换效率不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，以解决上述技术问题。

本发明的另一目的在于，提供一种基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，包括一太阳能电池层，其特征在于，所述太阳能电池层包括一衬底层、设置在所述衬底层上的非晶硅层、设置在所述非晶硅层上的导电薄膜层、设置在所述导电薄膜层上的玻璃层，所述玻璃层、所述导电薄膜层和所述非晶硅层形成一波导层；

所述衬底层采用一金属全反射层；

还包括一金属耦合层，所述金属耦合层设置在所述玻璃层上；

所述金属耦合层、所述波导层和所述金属全反射层形成一波导结构。

本发明的金属耦合层将光耦合进波导层，以使增大光谱入射角度范围和光谱吸收范围，将大量的太阳光能量耦合进光波导结构中，增加光的利用率。本发明的金属全反射层能有效将光进行反射，进一步增加了光的二次利用，同时和金属耦合层一道起到陷光作用。本发明从波导结构出发，用低廉成本的材料通过设定结构使其在极宽的频谱和极大的光谱入射角度内有很高的吸收率。有效提高了光能吸收效率。

所述波导结构从上至下的厚度依次为：金属耦合层10nm-50nm、玻璃层0.1mm-5mm、导电薄膜层0.5μm-3μm、非晶硅层0.5μm-2μm、金属全反射层0.5μm-5μm。本发明在提高光能吸收率的前提下，依然能保持薄膜结构，以便携带、运输和安装。

所述金属耦合层为铝、银、金等中的一种金属材料制成的金属层。

所述导电薄膜层作为上电极，所述金属全反射层作为下电极，所述金属全反射层为铝、银、金材料制成的金属全反射层。

所述非晶硅层包括由上至下的P型硅层、本征硅层和N型硅层。

基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，包括如下步骤：

1)制备玻璃层：对玻璃基板进行清洗；

2)掩膜：在玻璃基板的四周边缘进行掩膜；

3)制备金属耦合层：在玻璃基板的入射面镀金属膜；

4)制备导电薄膜层：在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜；

在玻璃基板的下方制备ITO层；

并在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜，且留出四周的ITO作为正电极；

5)制备非晶硅层：在ITO层上沉积P、I、N三层非晶硅薄膜；

6)制备金属全反射层：在ITO层上镀金属膜。

本发明采用上述制作防范，有效拓宽了光谱吸收范围和入射角范围，增加了光能的吸收效率。

还包括7)测试和封装：对非晶硅太阳能电池测试、电法修复和退火；对非晶硅太阳能电池进行封装。

步骤1)中，在对玻璃基板进行清洗时，使用丙酮、乙醇，采用超声波对玻璃基板进行清洗，然后再用氮气吹干，以保证玻璃基板的清洁。

步骤2)和步骤4)中制备掩膜时，采用如下方式：在玻璃基板的四周边缘用胶带贴上一圈，防止镀金属膜时玻璃基板侧面被镀上金属层，造成短路。

胶带优选采用高温胶带，高温胶带的耐温温度高于200°。

步骤3)中，采用直流溅射的方式在玻璃基板上镀银、铝或金膜。

步骤4)中，采用磁控溅射制备ITO层，作为上电极。