[发明专利]一种叠层薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及叠层太阳能电池技术领域，尤其涉及一种由染料敏化太阳能电池与碲化镉薄膜太阳能电池组成的叠层薄膜太阳能电池。

背景技术

众所周知，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。为了最大程度地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太阳光光谱，具有这样结构的太阳能电池称为叠层电池。这种电池从迎光面开始，材料的带隙依次下降，即最外面的材料带隙宽，有利于吸收短波长的光，而透过的长波长的光则被里层带隙较窄的材料吸收，这样可以最大限度地吸收太阳光的能量。

专利号ZL 200810207873.4，授权公告号CN 101510470B的中国发明专利，名称为一种非晶硅太阳能电池与染料敏化电池叠层结构，包括位于顶部吸收偏向短波的高能太阳光的非晶硅太阳能电池和位于底部的吸收偏向长波的低能太阳光的染料敏化电池，非晶硅太阳能电池与染料敏化电池通过串联或并联方式进行连接。解决了常规太阳能电池光电转换效率低，吸收太阳能光谱不够宽的问题。但该技术方案中，非晶硅太阳能电池在光照后，非晶硅膜中缺陷态密度增加，导致电池内的光生电子和空穴复合几率增加，电池的转换效率下降。同时，两电池的正负极之间的连接通过缓冲层(可以为氧化锌掺铝或者碳纳米管等)，导致电路损耗较大，且加工不方便。因此，叠层电池的结构还有待进一步改进。

如今，新型薄膜太阳能电池以其简单的制备工艺及低廉的生产成本越来越受到业内人士的青睐。其中，染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，简称DSC或DSSC)是由光阳极、对电极及两极间注入的电解质组成，光阳极为表面负有纳米晶TiO₂薄膜的导电衬底，吸收偏向长波的低能太阳光。目前，染料敏化太阳能电池在实验室的最新光电转换效率测试数据已经超过13％。碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)较其他的薄膜电池容易制造，是应用前景最好的新型薄膜太阳能电池。其带隙1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料，具有28％的理论光电转换效率，且性能稳定。但将碲化镉薄膜太阳能电池应用于叠层太阳能电池却未见文献记载。

发明内容

针对现有的叠层太阳能电池中非晶硅膜导致电池光电转换效率下降，以及两电池的正负极之间的连接通过缓冲层导致电路损耗较大，且加工不方便的问题，本发明的目的是提供一种由染料敏化太阳能电池与碲化镉薄膜太阳能电池组成的叠层薄膜太阳能电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种叠层薄膜太阳能电池，所述叠层薄膜太阳能电池是以高透明性染料敏化太阳能电池作前电池，以碲化镉薄膜太阳能电池作底电池；

所述染料敏化太阳能电池由光阳极、对电极及密封于两者之间的电解质构成；

所述碲化镉薄膜太阳能电池依次由第三导电玻璃、透明氧化层、窗口层n型硫化镉、吸收层p型碲化镉以及镍基背电极构成；

所述染料敏化太阳能电池和所述碲化镉薄膜太阳能电池的正负极通过沙林膜或紫外固化胶串联连接形成叠层薄膜太阳能电池。

进一步优选地，所述染料敏化太阳能电池的光阳极采用丝网印刷，网版网孔400目，丝印薄膜采用粒度为20nmTiO₂粉体，薄膜厚度为10～12μm。

传统的染料敏化太阳能电池(英文缩写为DSSC)光阳极一般由20nmTiO₂透明层(厚度在10～14μm)与400nmTiO₂(厚度4～5μm)光反射层结合，而本发明的DSSC光阳极仅使用20nm颗粒TiO₂，控制膜厚，使得制备的DSSC具有高透明率，不仅使更多剩余的光能被底层碲化镉薄膜太阳能电池吸收，而且可以降低光生电子的传输损耗，有助于提高DSSC的开路电压。

同时，本专利中采用沙林膜或紫外固化胶串联连接染料敏化太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池的正负极，从而使得整个叠层太阳能电池的制备更为简单，电路损耗较小。

进一步优选地，所述碲化镉薄膜太阳能电池的窗口层n型硫化镉的厚度为70～100nm，所述吸收层p型碲化镉的厚度为2～10μm。