專利名稱：可見-紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，特別是指一種基于非晶半導(dǎo)體材料的，能夠 從可見光擴(kuò)展到紅外波段吸收的非晶薄膜雙結(jié)太陽能電池。
技術(shù)背景太陽能電池作為一種清潔、環(huán)境友好型的能源轉(zhuǎn)換裝置已經(jīng)在地面和空間技 術(shù)上取得了廣泛應(yīng)用。目前，市場上大多數(shù)太陽能電池都是基于單晶硅材料制 造的，并已發(fā)展成為成熟的技術(shù)。不過，能量轉(zhuǎn)換效率和造價問題一直制約著 太陽能電池的進(jìn)一步推廣和普及。近二十年，太陽能電池逐漸向薄膜電池發(fā)展， 并輔以設(shè)計(jì)一些新穎的電池結(jié)構(gòu)如多結(jié)薄膜太陽能電池，在降低制造成本的同 時提高了電池轉(zhuǎn)換效率。非晶薄膜材料是未來多結(jié)薄膜太陽能電池發(fā)展的有競 爭力的候選者之一。對于非晶材料，由于其制備工藝簡單，造價低廉，同時可 以生長在任意襯底上，在制造太陽能電池時可以選擇價格低廉的襯底，能夠降低電池的制造成本。文獻(xiàn)(Sol. Energ. Mat. Sol. C. ， 78, 597， 2003)報道了一 種基于非晶硅材料的三結(jié)薄膜太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為a-Si/a-SiGe(Ge ~15%)/a-SiGe(Ge ~30%)，它可以實(shí)現(xiàn)對可見光的全光譜吸收。該電池結(jié)構(gòu)中的 頂端吸收層采用的材料為a-Si:H，禁帶約為1.75eV，吸收藍(lán)光波段的光子；中 間層采用a-SiGe:H (約含15%Ge)，禁帶約為1. 6eV，吸收綠光波段光子，底端 層采用a-Si:H (約含3(F。Ge),禁帶約為1.45eV，吸收紅光波段光子。一般所謂的全光譜吸收太陽能電池都是針對可見光波段而言的，目前未見有關(guān)紅外波段吸收的太陽能電池。基于太陽光中包含了相當(dāng)多的紅外光成分， 若能開發(fā)一種從可見一紅外波段吸收的太陽能電池，將是很有市場前景的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提出一種能夠從可見光擴(kuò)展到紅外波段吸收的非晶薄 膜太陽能電池。本發(fā)明的非晶薄膜太陽能電池，包括襯底，在襯底上通過磁控濺射方法 生成的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池，在二個串聯(lián)的上面一個薄膜太陽能子電 池的頂層上生成有防反射的透明導(dǎo)電氧化物層，其特征在于所說的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池是由依次排列生成在襯底上的吸收紅 外波段的非晶碲鎘汞薄膜子電池和吸收可見光波段的非晶硅薄膜子電池組成。所說的非晶碲鎘汞薄膜子電池由摻N型雜質(zhì)的非晶Hgl.xCdxTe薄膜，本征I 型非晶Hgl.xCdxTe薄膜和摻P型雜質(zhì)的非晶Hgl.xCdxTe薄膜組成。摻N型雜質(zhì)的Hgl.xCdxTe薄膜和摻P型雜質(zhì)的Hgl.xCdxTe薄膜中的組份x 為0.25-0.75。本征I型非晶Hgl_xCdxTe薄膜為一個組份x自襯底向上在0.25-0.75范圍漸 變的多層薄膜組成，組份x以0.1遞增。這種結(jié)構(gòu)的本征層基本可實(shí)現(xiàn)對 1129nm-1774nm波段紅外光的吸收。所說的非晶硅薄膜子電池由摻N型雜質(zhì)的非晶Si薄膜，本征I型非晶Si薄 膜和摻P型雜質(zhì)的非晶Si薄膜組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1. 二個子電池所采用的二種非晶半導(dǎo)體材料分別為商業(yè)化成熟的非晶硅合 金及非晶碲鎘汞。其中，非晶碲鎘汞材料可獲得的禁帶寬度在l.leV以下，覆蓋 到了紅外波段。同時，非晶碲鎘汞材料的禁帶寬度一旦達(dá)到0.13eV左右，則可以吸收室溫物體輻射的最豐富的紅外光子(其光子能量就在0.13eV左右)，可以 將環(huán)境中的熱源轉(zhuǎn)化成電能。由這種材料做成的太陽能電池理論上在沒有太陽 光照射的條件下也能有一定的能量轉(zhuǎn)換效率，即在夜間也可以生產(chǎn)電。2.由于薄膜電池釆用非晶材料，制備工藝簡單，造價低廉。同時不受襯底 生長條件的限制，可以選擇價格低廉的襯底，能夠降低電池的制造成本。


圖1為本發(fā)明的非晶薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為非晶Hga5Cda5Te的徑向分布函數(shù)圖。圖3為非晶Hgl.xCdxTe的吸收光譜，圖中三條曲線分別為組份x=0.25、 0. 5、 0.75。
具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本發(fā)明的非晶薄膜太陽能電池，包括襯底l，在襯底上通過磁控濺射方法生成的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池3、 4，在子電池4的頂層上生成有透明導(dǎo)電 的IT0防反射層5。所說的二個子電池由依次排列生成在襯底上的吸收紅外波段 的非晶碲鎘汞薄膜子電池3和吸收可見光波段的非晶硅薄膜子電池4組成。本發(fā)明所述的襯底l材料為廉價玻璃、聚合物、鋁或不銹鋼。在襯底與子電 池3之間沉積有高反射率的金屬層2，金屬層為鋁層、銀層或交替排列的銀與導(dǎo) 電氧化鋅層，這樣有利于太陽能電池的光俘獲。非晶碲鎘汞薄膜子電池用以實(shí)現(xiàn)對紅外波段的吸收，其中，本征I型非晶 HgLxC4Te薄膜層為一個組份x自襯底向上在0.25-0.75范圍漸變的多層薄膜組成， 組份x以0.1遞增，這種結(jié)構(gòu)的本征層基本可實(shí)現(xiàn)對1129nm-1774nm波段紅外光的 吸收。非晶碲鎘汞薄膜子電池的I型層的厚度為200nm-1000nm， N型層的厚度為20nm_40nm， P型層的厚度為20nm-40nm，總厚度控制在240nm-1080nm之間較好。非晶硅薄膜子電池用以實(shí)現(xiàn)對可見光波段的吸收，I型層的厚度為 200nm-1000nm， N型層的厚度為30nm-50nm， P型層的厚度為30nm-50nm，總厚度 控制在260nm-1100nm之間較好。頂端的透明導(dǎo)電防反射層5為氧化鋅層，厚度為200nm-300nm，釆用低壓化 學(xué)汽相沉積方法制備。以上所述的實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的范圍并不僅 局限于上述具體實(shí)施例，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾， 仍涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可見-紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池，包括襯底，在襯底上通過磁控濺射方法生成的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池(3、4)，在二個串聯(lián)的上面一個薄膜太陽能子電池(4)的頂層上生成有防反射的透明導(dǎo)電氧化物層(5)，其特征在于所說的二個子電池(3、4)是由依次排列生成在襯底上的吸收紅外波段的非晶碲鎘汞薄膜子電池(3)和吸收可見光波段的非晶硅薄膜子電池(4)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種可見一紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池，其 特征在于所說的非晶碲鎘汞薄膜子電池(3)由摻P型雜質(zhì)的非晶Hgl-xCdxTe 薄膜，本征I型非晶Hgl.xCdxTe薄膜和摻N型雜質(zhì)的非晶Hgl.xCdxTe薄膜組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種可見一紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池，其 特征在于所說的本征I型非晶Hgl-xCdxTe薄膜為一個組份x自襯底向上在 0.25-0.75范圍漸變的多層薄膜組成，組份x以0.05或0.1遞增。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種可見一紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池，其 特征在于所說的非晶硅薄膜子電池由摻P型雜質(zhì)的非晶Si薄膜，本征I型非 晶Si薄膜和摻N型雜質(zhì)的非晶Si薄膜組成。全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見—紅外波段吸收的非晶薄膜太陽能電池，該電池包括襯底，在襯底上通過磁控濺射方法生成的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池。所說的二個串聯(lián)的薄膜太陽能子電池是由依次排列生成在襯底上的吸收紅外波段的非晶碲鎘汞薄膜子電池和吸收可見光波段的非晶硅薄膜子電池組成。在非晶硅薄膜子電池的頂層上生成有透明導(dǎo)電的ITO防反射層。本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)是拓寬了太陽光譜從可見—紅外波段的吸收；其次，薄膜電池采用非晶材料，制備工藝簡單，造價低廉，同時不受襯底生長條件的限制，可以選擇價格低廉的襯底，能夠降低電池的制造成本。
文檔編號H01L31/0392GK101252152SQ20081003550
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者波 張, 寧 李, 李天信, 李志鋒, 良 王, 甄紅樓, 胡偉達(dá), 衛(wèi) 陸, 陳平平, 陳效雙 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所