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      單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池的制作方法

      文檔序號:7113378閱讀:326來源:國知局
      專利名稱:單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型屬于單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      單晶硅或多晶硅太陽能電池是最重要應(yīng)用最廣泛的太陽能電池,目前占太陽能電池市場的85%。它的最重要性能指標(biāo)太陽能光電轉(zhuǎn)換率,經(jīng)過長期不斷改進(jìn)目前最高已達(dá)到18%。但是美國能源部勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家伊萊.亞布魯諾維契的研究表明,對于單p-n結(jié)太陽能電池來說,理論上的最大值約為33.5%。顯然目前的單晶硅或多晶硅太陽能電池在提高光電轉(zhuǎn)換率上仍然具有廣闊的空間。從理論和工藝上講,影響光電轉(zhuǎn)換率的因素很多,包括材料、工藝、結(jié)構(gòu)等,但是受到成本、制造工藝等條件限制繼續(xù)提高轉(zhuǎn)換率的困難程度也日益增加。目前非晶硅薄膜太陽能電池異軍突起發(fā)展迅速提高,其中采用多結(jié)層疊技術(shù)及異質(zhì)材料來提高轉(zhuǎn)換率成為薄膜太陽能電池主要發(fā)展方向。但是薄膜太陽能電池性能不夠穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率低于單晶硅或多晶硅太陽能電池以及某些新型異質(zhì)材料的價(jià)格高昂和對環(huán)境污染是其主要制約因素。
      發(fā)明內(nèi)容為了克服上述繼續(xù)提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率的困難,本實(shí)用新型提供一種“單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池”。由于非晶硅材料薄而價(jià)廉,本實(shí)用新型能顯著提高單晶硅或多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率和顯著降低電池內(nèi)阻提高負(fù)載能力而又不顯著增加生產(chǎn)成本。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池,其特征是用單晶硅和非晶硅材料設(shè)置兩個(gè)子電池和三個(gè)電極,其結(jié)構(gòu)從上至下依次為:減反射層⑴,TCO電極⑵,單晶硅η層(3),P-n結(jié)(4),單晶硅p層(5),公共電極(6),非晶硅η層(7),i層(8),非晶硅P層(9),底電極(10);或者設(shè)置兩個(gè)子電池和兩個(gè)電極,其結(jié)構(gòu)從上至下依次為:減反射層(1),TCO電極(2),單晶硅η層(3),p-n結(jié)
      (4),單晶硅P層(5),非晶硅η層(7),i層(8),非晶硅P層(9),底電極(10);還可以采取保持其上述結(jié)構(gòu)不變,只將其中單晶硅材料各層全部換成相應(yīng)多晶硅材料層;公共電極結(jié)構(gòu)為在單晶硅或者多晶硅P層底部涂上透明導(dǎo)電氧化物鍍膜,并引出電極;底電極的結(jié)構(gòu)為在玻璃的上表面鍍有銀質(zhì)反射層。TCO電極是一種透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃,是在平板玻璃表面通過物理或者化學(xué)鍍膜的方法均勻鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化物薄膜,該薄膜即作為引出電極。導(dǎo)電氧化物主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。本實(shí)用新型的有益效果是:應(yīng)用現(xiàn)有成熟技術(shù)在不顯著增加成本條件下能顯著提高單晶硅或多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和顯著改善太陽能電池的負(fù)載能力,而且性能穩(wěn)定、無論制造和使用環(huán)節(jié)均無有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生。
      圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。圖3是TCO電極結(jié)構(gòu)圖圖4是底電極結(jié)構(gòu)圖圖中1.減反射層;2.TCO電極;3.單晶硅η層;4.p-η結(jié);5.單晶硅ρ層;6.公共電極;7.非晶硅η層;8.1層;9.非晶硅ρ層;10.底電極;11.玻璃;12.透明導(dǎo)電層;13.鍍銀層。
      具體實(shí)施方式
      本實(shí)用新型工作原理及具體實(shí)施方式
      如下述:第一實(shí)施例參見圖1所示。光線YO向下首先射入減反射層(I),此層是一種反射系數(shù)非常小的透光保護(hù)膜,其作用是將被太陽能電池表面反射而損失的光子減少到小于5%。這樣絕大部分入射光線能透過TCO電極⑵進(jìn)入單晶硅η層(3)和單晶硅ρ層(5)。此時(shí)ρ-η結(jié)(4)中,η型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng),而P型區(qū)中的電子往η型區(qū)移動(dòng),從而形成從η型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在Ρ-η結(jié)中形成電勢差,這就形成了電源。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體,電子在通過ρ-η結(jié)后在半導(dǎo)體中的移動(dòng)電阻非常大,損耗也就非常大。但如果在上電極全部涂上金屬,陽光就不能通過,電流就不能產(chǎn)生,因此一般用金屬網(wǎng)格(梳狀電極)覆蓋,以增加入射光的面積。但是,太陽能電池板上每cm長度上一般都要設(shè)置數(shù)條到數(shù)十條寬度為0.2mm梳狀電極線以及寬度為0.5mm的母線這就還是減少了陽光的通過面積,降低了光電轉(zhuǎn)換率。本實(shí)用新型采用了完全透明的TCO覆蓋作為上電極(2)以后,這一的損失就避免了。換言之太陽能單晶硅或多晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換率因此得到了提高。其二是,由于采用了全電極覆蓋縮短了電子在半導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)路程而顯著降低了電阻。這就降低了電池的內(nèi)阻,增加其帶負(fù)載的能力。參閱圖3,公共電極(6)是在單晶硅或多晶硅P層(5)底部涂上透明導(dǎo)電氧化物鍍膜(12),并引出電極。它既是上單晶硅電池的底電極又是下非晶硅電池的上電極。采用完全透明的電極,是為了在完成收集載流子任務(wù)的同時(shí),讓在通過單晶硅η層(3)和單晶硅ρ層(5)未被吸收的光子能夠繼續(xù)進(jìn)入下面非晶硅層。由于單晶娃η層(3)和單晶娃ρ層(5)的厚度一般只有100-200 μ m,于是有許多未被單晶硅η層(3)和單晶硅ρ層(5)吸收的剩余光子將繼續(xù)進(jìn)入下面非晶硅η層(7)和i層(8)內(nèi)。這樣,在普通單晶硅或多晶硅電池中本來要被底電極吸收的剩余光子在此就可以繼續(xù)激發(fā)i層(8)產(chǎn)生載流子而轉(zhuǎn)換為電能。于是,本實(shí)用新型的總光電轉(zhuǎn)換率被進(jìn)一步提高了。根據(jù)計(jì)算,采用上述技術(shù)措施以后本實(shí)用新型總光電轉(zhuǎn)換率將被提高大約4-5%。本實(shí)施例有三個(gè)電極其中一個(gè)是公共電極,因此在電學(xué)上上單晶硅和下非晶硅兩個(gè)子電池是獨(dú)立的,但在光學(xué)上兩個(gè)子電池是串聯(lián)的。如果將本實(shí)施例中的單晶硅材料各層全部換成相應(yīng)多晶硅材料層,其工作原理與取得光電轉(zhuǎn)換率的提高效果與上述相同,故不贅述。第二實(shí)施例參見圖2所示。[0022]第二實(shí)施例的特點(diǎn)是:它只有兩個(gè)電極,即TCO電極⑵和底電極(10)為電池的上、下電極;其上單晶硅、下非晶硅兩個(gè)子電池在光學(xué)上和電學(xué)上都是串聯(lián)的。本實(shí)施例其工作原理與光生載流子過程、取得光電轉(zhuǎn)換率的提高效果與第一實(shí)施例相同,故不再贅述。同樣,如果將本實(shí)施例中的單晶硅材料各層全部換成相應(yīng)多晶硅材料層,其工作原理與取得效果與第一實(shí)施例亦相同。參閱圖4,本實(shí)用新型在玻璃(11)的上表面鍍上銀質(zhì)反射層(13),是為了作為底電極的同時(shí)反射沒有被吸收的殘余光線使之重新進(jìn)入非晶硅內(nèi)部繼續(xù)產(chǎn)生光生載流子,有利于提1 光電轉(zhuǎn) 換率。
      權(quán)利要求1.單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池,其特征是用單晶硅和非晶硅材料設(shè)置兩個(gè)子電池和三個(gè)電極,其結(jié)構(gòu)從上至下依次為:減反射層(1),TCO電極(2),單晶硅n層(3),p-n結(jié)(4),單晶硅p層(5),公共電極(6),非晶硅n層(7),i層(8),非晶硅p層(9),底電極(10);或者設(shè)置兩個(gè)子電池和兩個(gè)電極,其結(jié)構(gòu)從上至下依次為:減反射層(1),TC0電極(2),單晶硅n層(3),p_n結(jié)(4),單晶硅p層(5),非晶硅n層(7),i層(8),非晶硅p層(9),底電極(10)。
      2.權(quán)利要求1所述單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池,其特征是還可以采取保持其結(jié)構(gòu)不變,將其中單晶硅材料各層全部換成相應(yīng)多晶硅材料層。
      3.權(quán)利要求1所述單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池,其特征是,公共電極結(jié)構(gòu)為在單晶硅或者多晶硅P層底部涂上透明導(dǎo)電氧化物鍍膜,并引出電極。
      4.權(quán)利要求1所述單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池,其特征是底電極的結(jié)構(gòu)為在玻璃的上表面鍍有銀質(zhì)反射層。
      專利摘要本實(shí)用新型克服了繼續(xù)提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率的困難,提供一種單晶硅/非晶硅復(fù)合雙結(jié)全電極太陽能電池。它應(yīng)用現(xiàn)有成熟技術(shù),采用透明的TCO電極以及用單晶硅和非晶硅材料設(shè)置兩個(gè)子電池復(fù)合結(jié)構(gòu),充分利用了光子的輻射能量。本實(shí)用新型能顯著提高單晶硅或多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率以及顯著降低電池內(nèi)阻提高負(fù)載能力而又不顯著增加生產(chǎn)成本,而且性能穩(wěn)定、無論制造和使用環(huán)節(jié)均無有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生。
      文檔編號H01L31/0352GK202996851SQ20122014004
      公開日2013年6月12日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
      發(fā)明者高永祥, 林長華 申請人:高永祥, 林長華
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