CN101162740A - 宽波段叠层薄膜太阳能电池 - Google Patents

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孟祥建
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Abstract

本发明公开了一种宽波段叠层薄膜太阳能电池，该电池由两个子电池串联组成，下子电池由n型铜铟硒层/p型多晶硅层构成，上子电池由n型多晶硅层/非晶硅层/p型多晶硅层构成，两个子电池之间由透明导电氧化物中间电极层联结。本发明的最大优点是：由不同禁带宽度的材料叠加组成，提高了对太阳光谱的利用率和光电转化效率。廉价衬底材料以及低成本薄膜材料，降低了电池的生产成本，使其具有竞争力。

Description

宽波段叠层薄膜太阳能电池
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池，具体是指由二个子电池串联的可宽波段吸收太阳能的叠层薄膜太阳电池。
背景技术
目前商用光伏产品主要是晶体硅太阳电池，效率大多在13％左右。受材料和制备工艺的影响，晶体硅电池已经很难再提高转换效率和降低成本。从商业产品发展的角度考虑，低成本、高效率、大面积的薄膜太阳电池的开发工作才有实际意义。因此人们把目光投向了这种新型的薄膜太阳电池。薄膜太阳电池只需几微米厚就能实现光电转换，是降低成本及提高光子循环的理想材料，例如非晶硅、CdTe、CuIn(1-x)GaxSe2(简称CIGS)；然而由于材料本身具有的不稳定性和多缺陷造成薄膜太阳能电池的稳定性差，使得大面积电池的效率难以进一步提高，目前单结非晶硅电池的量子效率在7％左右。如果能对目前单结薄膜太阳的结构作改进，从拓宽其太阳光谱吸收范围来达到提高光电转化效率，这将是很有实用价值的。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种由二个P-N结串联的可宽波段吸收太阳能的叠层薄膜太阳能电池，克服上述晶体硅太阳电池的制备成本高和非晶硅薄膜太阳电池光电转化效率低的缺点。
本发明的叠层薄膜太阳能电池由两个子电池串联组成，下子电池由n型铜铟硒层/p型多晶硅层构成，上子电池由n型多晶硅层/非晶硅层/p型多晶硅层构成，两个子电池之间由透明导电氧化物中间电极层联结。
所说的透明导电氧化物可以是铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)、氧化锡(SnO2)或锡掺杂氧化铟(ITO)。衬底材料为廉价的玻璃或不锈钢片。
所说的n型铜铟硒层厚度为400-800nm；p型多晶硅层厚度为20-50nm；n型多晶硅层厚度为20-50nm；非晶硅层厚度为400-600nm；p型多晶硅层厚度为20-50nm；透明导电氧化物中间电极层厚度为20-500nm。
上述铜铟硒层可缩写为CIS，非晶硅层可缩写为α-Si。CIS是一种一三六族三元素化合物，常温下禁带宽度为1.02eV。α-Si是一种高缺陷、低空穴迁移率的材料，禁带宽度为1.7-1.9eV。
本发明的叠层薄膜太阳能电池采用标准一维器件模型进行计算。器件的输运物理性质是通过三个方程获得：泊松方程、自由空穴的连续方程和自由电子的连续方程。决定输运特性的任务变为求解满足适当边界条件的三个耦合的非线性微分方程。泊松方程式是连接自由载流子布局数、被俘获的电荷的布局数和电离搀杂物的布局数与物质***中存在的静电场的纽带。泊松方程最终与自由载流子n和p有关。描述导带的电子和价带空穴的方程为连续方程。连续方程将器件中空穴、电子的产生复合过程与流过器件中的电流联系在一起。在连续方程中考虑到了带-带间直接的和S-R-H间接的复合。光学过程采用了多层介质模型进行拟合。通过求解满足一定边界条件的泊松方程、自由空穴的连续方程和自由电子的连续方程。得到器件中的电势分布、电子及空穴的准费米能级，从而求得器件的量子效率、填充因子、开路电压等参数。计算过程采用了Newton-Raphson求解耦合的非线性方程。
计算所用的标准太阳光谱为AM1.5(美国标准)。模拟计算过程中所用到的参数如表1所示。
器件结构模拟举例：
对于单结非晶硅电池结构，假设前表面的反射率为0.07，后电极的反射率为0.8，计算的结果为：电流密度为12.45mA/cm2，量子效率为7.46％，填充因子为0.727，开路电压为0.825V。
如果再在非晶硅子电池下面增加一个禁带宽度窄的CuInSe2子电池，假设前电极的反射率为0.07，中间电极的反射率为0.1，只考虑各个层的材料的吸收，不考虑各个层之间的介面反射，底电极的反射率为0.8。
计算得到太阳光通过上子电池和下子电池吸收后的光通量随波长的关系图如图2所示，从图中可以看出，采用本发明的二个子电池串联结构后吸收太阳光的光谱大大加宽。计算得到的各个子电池的性能结果如下：
非晶硅子电池的电流密度为11.22mA/cm2，量子效率为6.69％，填充因子为0.725，开路电压为0.823V。
CuInSe2子电池的电流密度为24.70mA/cm2，量子效率为9.59％，填充因子为0.750，开路电压为0.517V。
可以看出，本发明的叠层薄膜太阳能电池的量子效率为16％左右。因此，本发明提出的叠层薄膜太阳能电池是可行的、合理的。
本发明的叠层薄膜太阳能电池与现有的太阳能电池相比，具有以下优点：
1.由不同禁带宽度的材料叠加组成，提高了对太阳光谱的利用率和光电转化效率。相比于单结a-Si太阳能电池(最高量子效率为10.6％)，本发明的叠层薄膜太阳能电池的量子效率得到了很大的提高(理论值为16％左右)。
2.采用廉价衬底材料以及低成本薄膜材料，降低了电池的生产成本，使其具有竞争力。相比于传统的CIS薄膜太阳能电池(CIS的厚度在三到五微米左右)，大大节约了原材料的成本(本发明的叠层薄膜太阳能电池的CIS厚度可做到300纳米左右)。
附图说明
图1为本发明的叠层薄膜太阳能电池的剖面结构示意图。
图2为标准太阳光通过本发明的二个子电池吸收后的光通量随波长的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：见图1，本发明的宽波段叠层薄膜太阳能电池由衬底1/下电极层2/n型铜铟硒层3/p型多晶硅层4/透明导电氧化物中间电极层5/n型多晶硅层6/非晶硅层7/p型多晶硅层8/透明导电氧化物上电极层9组成。
本发明的叠层薄膜太阳电池可采用如下方法进行制备：
衬底为玻璃或不锈钢片等廉价材料，下电极层采用磁控溅射方法制备，下电极层为金属钼，厚度为1-2μm。
n型铜铟硒层采用磁控溅射加真空硒化退火方法制备。
p型多晶硅层、n型多晶硅层和非晶硅层采用等离子增强化学气相沉积法生长。
透明导电氧化物电极层采用磁控溅射法制备。
表1模拟计算过程中所用到的参数
Figure A20061011715600071

Claims (3)

1.一种宽波段叠层薄膜太阳能电池，由两个子电池串联组成，其特征在于：下子电池由n型铜铟硒层(3)/p型多晶硅层(4)构成；上子电池由n型多晶硅层(6)/非晶硅层(7)/p型多晶硅层(8)构成；两个子电池之间由透明导电氧化物中间电极层(5)联结。
2.根据权利要求1的一种宽波段叠层薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的透明导电氧化物可以是铝掺杂氧化锌、氧化锡或锡掺杂氧化铟。
3.根据权利要求1的一种宽波段叠层薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的n型铜铟硒层厚度为400-800nm；p型多晶硅层厚度为20-50nm；n型多晶硅层厚度为20-50nm；非晶硅层厚度为400-600nm；p型多晶硅层厚度为20-50nm；透明导电氧化物中间电极层厚度为20-500nm。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100587997C (zh) * 2008-07-08 2010-02-03 中国科学院长春应用化学研究所 一种叠层结构聚合物薄膜太阳能电池
CN101807618A (zh) * 2010-04-03 2010-08-18 威海中玻光电有限公司 一种新型叠层薄膜太阳能电池及其制作方法
CN101872793A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 福建钧石能源有限公司 叠层太阳能电池及其制造方法
CN101969076A (zh) * 2009-07-01 2011-02-09 保定天威集团有限公司 一种叠层太阳能电池及其制造方法
CN102544134A (zh) * 2010-12-27 2012-07-04 联相光电股份有限公司 薄膜太阳能电池堆叠制造方法及其薄膜太阳能电池
CN103618018A (zh) * 2013-10-21 2014-03-05 福建铂阳精工设备有限公司 一种新型太阳能电池及制造方法
CN107195714A (zh) * 2017-05-12 2017-09-22 中国计量大学 一种含有图形化光学隔离层的叠层太阳能电池

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN101969076B (zh) * 2009-07-01 2012-02-01 保定天威集团有限公司 一种叠层太阳能电池及其制造方法
CN101807618A (zh) * 2010-04-03 2010-08-18 威海中玻光电有限公司 一种新型叠层薄膜太阳能电池及其制作方法
CN101872793A (zh) * 2010-07-02 2010-10-27 福建钧石能源有限公司 叠层太阳能电池及其制造方法
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CN103618018A (zh) * 2013-10-21 2014-03-05 福建铂阳精工设备有限公司 一种新型太阳能电池及制造方法
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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