[实用新型]一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型创造公开了一种非晶硅-碲化镉(CdTe)-铜铟镓硒(CIGS)电池构成高效节能的叠层薄膜太阳能电池，属于光伏太阳能电池制造领域。

背景技术

目前，商业化晶体硅太阳能电池是光伏市场的主流，电池组件转换效率已经达到15%以上。但成本及生产过程能耗较高，晶体硅转化效率提升空间有限，发展迟缓。相比之下薄膜太阳能电池具有成本低、环境友好等特点。非晶硅电池已成为硅基薄膜太阳能电池产业发展中最为成熟，转换效率已达10%以上，吸收系数比晶体硅高1-2个数量级，热稳定性能高。长期使用，比功率，非晶硅电池唯一不足，光致衰减系数达20%。其次，碲化镉(CdTe)及铜铟镓硒(CIGS) 薄膜太阳能电池电池等技术发展较成熟。美国第一太阳能电池公司碲化镉(CdTe)电池组件光电转换效率达11%。铜铟镓硒(CIGS)电池组件转换效率达到11%以上。金属预置层后硒化技术使用H₂Se气体，易挥发、强毒性。当前设备和生产成本较高，不良品率高。如何找低成本、绿色环保的高效能薄膜太阳能电池。日本实用新型专利JP61035569A、JP01158780A公布了一种非晶硅与碲化镉(CdTe)太阳能电池结合的叠层电池，仍存在小于1.4eV近红外波段光子能量不能有效吸收。传统的叠层太阳能电池用溅射工艺会对后工序已沉积的子电池界面产生一定的破坏，为获得较高能量转换效率，一般引入形成陷光结构的中间层。如中国发明专利201010045857.7，公开了一种掺铝氧化锌(AZO)作中间层的非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池，转换效率达13.6%。但批量生产中所面临的一个重要问题是：无论采用激光的，还是机械的，刻划P1、P2、P3沟道形成电池内部串联，其过程都会对透明导电膜中间层横截面与背电极或前电极，包括不同叠层之间，都会形成导电通道，造成微短路或漏电，导致电池（或称组件）失效。发明专利200710148695.8，公开了一种避免中间层与电极短接，在P1刻划和沉积完中间层之后，再加刻划工序，除掉顶电池与中间层的膜层形成一较宽的(0.2-0.4mm)沟道，使其后续P2、P3的刻划沟道均落在较宽的(0.2-0.4mm)沟道内。激光的刻线宽度与精度有关，沟道越宽，精度要求高，生产难度较大。

发明内容

基于对以上影响太阳能电池转化效率的分析，及对各种不同种类型薄膜电池（组件）的特性比较。以及生产过程中亟待要解决的问题。本实用新型提出全新概念，整合不同种类的电池材料的优点，目的是在技术上进行实质性的突破，创造一种不可替代的高效、节能低成本的多结叠层薄膜太阳能电池（或称组件）。

还有一个目的，为有效提高电池组件能量转换，增加太阳光在电池中的光程，至少高出目前多叠层薄膜太阳能电池（以下简称叠层电池），最高平均效率2-3个百分点，缩小与晶体硅量转换效率的差距，降低制造成本，为光伏发电真正打入水电、火电等常规电力市场开辟一条新路。

本实用新型的任务是解决以上现有技术中亟待要解决的问题。提出的技术解决方案是：包括现有技术，电池内串联连接的P1、P2、P3沟道，其特征在于由分别对太阳光谱中的蓝、绿、红光波段光子敏感的电池材料，包括由硅基薄膜电池和碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)电池构成顶电池，中间电池和底电池的多结叠层薄膜电池；还有顶电池窗口层的减反层；及位于中间电池和底电池之间的第一中间层，和位于顶电池与中间电池之间的第二中间层及串联连接中间电池和底电池的两条隔离线，串联中间电池碲化镉(CdTe)和底电池，且分别位于沟道P2、P3的前后。

本实用新型技术特点是：中间电池的缓冲层上依次层叠第二中间层和顶电池非晶硅PIN薄膜层，及顶电池的阴极层、减反层，栅线电极。顶电池非晶硅电池本征层禁带宽度在1.7-1.8eV之间，吸收太阳光中蓝光；中间电池层碲化镉电池禁带宽度在1.45eV左右，吸收绿光；调整底电池铜铟镓硒的吸收层禁带宽度在1.05eV左右，吸收红光。