非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率較高的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池。該非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底、TCO透明導(dǎo)電膜、第一P型半導(dǎo)體層、第一非晶硅光吸收層、第一N型半導(dǎo)體層、第二P型半導(dǎo)體層、第二非晶硅光吸收層、第二N型半導(dǎo)體層、金屬電極，所述第一N型半導(dǎo)體層與第二P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置有隧穿結(jié)，所述第一非晶硅光吸收層的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層的厚度為200nm～600nm，可以明顯提高非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，另外，隧穿結(jié)提供了缺陷能級(jí)，為兩個(gè)子電池的載流子有利復(fù)合創(chuàng)造了條件，減少了載流子的不利復(fù)合，提高了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率，適合在太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】非晶硅疊層太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非晶硅疊層太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能取之不盡用之不竭，最有可能成為未來(lái)世界的主流能源，能很好的解決現(xiàn)存的能源危機(jī)，其中非晶硅薄膜電池具有生產(chǎn)成本低、能量回收時(shí)間短、適于大批量生產(chǎn)、弱光響應(yīng)好以及易實(shí)現(xiàn)與建筑相結(jié)合、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)薄膜太陽(yáng)能電池中將占據(jù)主要份額。
[0003]非晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)一系列的發(fā)展，不斷克服著發(fā)展中的缺陷。最先提出的是非晶硅單結(jié)太陽(yáng)能電池，非晶硅單結(jié)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底(起到襯底支撐作用和對(duì)下層結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用)、TCO透明導(dǎo)電膜(與金屬電極一起構(gòu)成電池的正負(fù)極)、P型半導(dǎo)體層(與N型半導(dǎo)體層一起構(gòu)成太陽(yáng)能電池的內(nèi)建電場(chǎng))、非晶硅光吸收層(吸收太陽(yáng)光能并產(chǎn)生光生非平衡載流子)、N型半導(dǎo)體層、金屬電極，其中非晶硅光吸收層作為非平衡載流子的產(chǎn)生層，P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層為電池提供了內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)行非平衡載流子的收集。
[0004]單結(jié)非晶硅太陽(yáng)能電池，由于非晶硅光吸收層的光學(xué)帶隙寬度是固定的，約為
1.7ev,因此只能單一的吸收波長(zhǎng)為0.3~0.75微米的可見(jiàn)光，光譜利用率較低，同時(shí)，單結(jié)非晶硅太陽(yáng)能電池為了盡可能增加太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，非晶硅光吸收層需要做得很厚，但較厚的非晶硅光吸收層反而增加了電池的不穩(wěn)定性，即存在所謂的S-W效應(yīng)(光至衰退效應(yīng))，這會(huì)導(dǎo)致單結(jié)非晶硅太陽(yáng)能電池隨著光照`時(shí)間的增加，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低10%-20%，因此，拓寬非晶硅太陽(yáng)能電池對(duì)光譜的響應(yīng)范圍，降低S-W效應(yīng)，是非晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0005]為了拓寬非晶硅太陽(yáng)能電池對(duì)光譜的響應(yīng)范圍，降低S-W效應(yīng)，人們?cè)趩谓Y(jié)非晶硅太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)上提出了非晶硅疊層太陽(yáng)能電池。非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底、TCO透明導(dǎo)電膜、第一 P型半導(dǎo)體層、第一非晶硅光吸收層、第一 N型半導(dǎo)體層、第二 P型半導(dǎo)體層、第二非晶硅光吸收層、第二 N型半導(dǎo)體層、金屬電極，非晶硅疊層太陽(yáng)能電池相當(dāng)于兩個(gè)pin結(jié)構(gòu)的單結(jié)非晶硅太陽(yáng)能子電池(頂電池和底電池)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0006]非晶硅疊層太陽(yáng)能電池利用PECVD等薄膜沉積技術(shù)依次沉積兩個(gè)pin結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，頂電池吸收能量較大的光波段，底電池吸收能量較小的光波段，擴(kuò)展了光譜的響應(yīng)；同時(shí)非晶硅光吸收層的薄化，使得兩個(gè)子電池的內(nèi)建電場(chǎng)有所增大，這樣有利于非平衡載流子快速?gòu)姆蔷Ч韫馕諏又谐槌?，避免了載流子的復(fù)合損失，從而有利于提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率并降低S-W效應(yīng)。
[0007]但是，非晶硅疊層太陽(yáng)能電池隨即帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，影響著電池的轉(zhuǎn)換效率。由于兩個(gè)子電池相互串聯(lián)，流經(jīng)兩個(gè)子電池的電流必然相等，即兩個(gè)子電池中產(chǎn)生的最小電流為最終輸出的電流，所以必須調(diào)節(jié)頂電池或底電池非晶硅光吸收層的厚度，使兩個(gè)個(gè)子電池的電流相匹配，才能獲得較好的轉(zhuǎn)換效率，如不考慮厚度，則頂電池和底電池皆可成為限制條件，從而影響電池的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)有的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的頂電池和底電池非晶硅光吸收層的厚度沒(méi)有一個(gè)合理的數(shù)值，導(dǎo)致現(xiàn)有的電池轉(zhuǎn)換效率較低，一般只有
11.231%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率較高的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底、TCO透明導(dǎo)電膜、第一 P型半導(dǎo)體層、第一非晶硅光吸收層、第一 N型半導(dǎo)體層、第二 P型半導(dǎo)體層、第二非晶硅光吸收層、第二 N型半導(dǎo)體層、金屬電極，所述第一 N型半導(dǎo)體層與第二 P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置有隧穿結(jié)，所述第一非晶硅光吸收層的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層的厚度為200nm?600nm。
[0010]進(jìn)一步的是，所述第二非晶硅光吸收層的厚度為400nm。
[0011]進(jìn)一步的是，所述第一非晶硅光吸收層采用非晶硅材料制作而成，所述第二非晶硅光吸收層采用非晶鍺硅材料制作而成。
[0012]進(jìn)一步的是，所述第一非晶硅光吸收層的光學(xué)帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層光學(xué)帶隙寬度為1.30ev?1.52ev。
[0013]進(jìn)一步的是，所述第一非晶硅光吸收層的光學(xué)帶隙寬度為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層光學(xué)帶隙寬度為1.52ev。
[0014]進(jìn)一步的是，所述隧穿結(jié)由缺陷態(tài)密度大、光學(xué)帶隙寬度小的材料制作而成。
[0015]進(jìn)一步的是，所述的隧穿結(jié)的厚度為2nm，光學(xué)帶隙寬度為0.45ev。
[0016]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明對(duì)非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的第一非晶硅光吸收層的厚度、第二非晶硅光吸收層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，即所述第一非晶硅光吸收層的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層的厚度為200nm?600nm，可以明顯提高非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，另外，隧穿結(jié)提供了缺陷能級(jí)，為兩個(gè)子電池的載流子有利復(fù)合創(chuàng)造了條件，減少了載流子的不利復(fù)合，提高了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率，再者，本發(fā)明所述非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的第一非晶硅光吸收層、第二非晶硅光吸收層的厚度較小，可以減小吸收層中的缺陷態(tài)密度，降低了光致衰退效應(yīng)對(duì)電池效率產(chǎn)生的影響。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)實(shí)施例得到的1-V曲線圖；
[0019]圖3是根據(jù)實(shí)施例得到的量子效率曲線圖；
[0020]圖中標(biāo)記說(shuō)明:透明玻璃襯底1、TCO透明導(dǎo)電膜2、第一 P型半導(dǎo)體層3、第一非晶硅光吸收層4、第一 N型半導(dǎo)體層5、隧穿結(jié)6、第二 P型半導(dǎo)體層7、第二非晶硅光吸收層
8、第二 N型半導(dǎo)體層9、金屬電極10。
【具體實(shí)施方式】[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]如圖1所示，該非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底1、TC0透明導(dǎo)電膜2、第一 P型半導(dǎo)體層3、第一非晶硅光吸收層4、第一 N型半導(dǎo)體層5、第二 P型半導(dǎo)體層7、第二非晶硅光吸收層8、第二 N型半導(dǎo)體層9、金屬電極10，所述第一 N型半導(dǎo)體層5與第二 P型半導(dǎo)體層7之間設(shè)置有隧穿結(jié)6，所述第一非晶硅光吸收層4的厚度為600nm,所述第二非晶娃光吸收層8的厚度為200nm?600nm。本發(fā)明對(duì)非晶娃疊層太陽(yáng)能電池的第一非晶硅光吸收層4的厚度、第二非晶硅光吸收層8的厚度進(jìn)行優(yōu)化，即所述第一非晶硅光吸收層4的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層8的厚度為200nm?600nm，可以明顯提高非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，另外，隧穿結(jié)6提供了缺陷能級(jí)，為兩個(gè)子電池的載流子有利復(fù)合創(chuàng)造了條件，減少了載流子的不利復(fù)合，提高了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率，再者，本發(fā)明所述非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的第一非晶硅光吸收層4、第二非晶硅光吸收層8的厚度較小，可以減小吸收層中的缺陷態(tài)密度，降低了光致衰退效應(yīng)對(duì)電池效率產(chǎn)生的影響。
[0023]所述第一非晶硅光吸收層4、第二非晶硅光吸收層8的厚度既不能太厚也不能太薄，如果太厚，會(huì)增加整個(gè)太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻，導(dǎo)致電池效率下降，如果太薄，光在吸收層中不能完全吸收，不足以產(chǎn)生足夠的非平衡載流子，因此，作為優(yōu)選的，所述第一非晶硅光吸收層4的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層8的厚度為400nm。
[0024]在上述實(shí)施方式中，所述第一非晶硅光吸收層4采用非晶硅材料制作而成，所述第二非晶硅光吸收層8采用非晶鍺硅材料制作而成，這樣第一非晶硅光吸收層4與第二非晶硅光吸收層8的光學(xué)帶隙寬度不同，使其對(duì)應(yīng)吸收不同波長(zhǎng)范圍的太陽(yáng)光，使得太陽(yáng)能光譜的利用率大大提高。
[0025]為了增大非晶硅疊層太陽(yáng)能電池對(duì)光譜的利用率，所述第一非晶硅光吸收層4的光學(xué)帶隙寬度為一般要大于第二非晶娃光吸收層8光學(xué)帶隙寬度,米取這樣分布的原因是，如果第一非晶娃光吸收層4的光學(xué)帶隙寬度小于第二非晶娃光吸收層8的光學(xué)帶隙寬度，由于第一非晶硅光吸收層4在最頂層，由于其光學(xué)帶隙寬度最小，所以能量大于其光學(xué)帶隙寬度的光波都會(huì)使其產(chǎn)生非平衡載流子，那么最下面光學(xué)帶隙寬度較寬的第二非晶硅光吸收層8只能吸收較少的光，因此，所述第一非晶硅光吸收層4的光學(xué)帶隙寬度為一般要大于第二非晶硅光吸收層8光學(xué)帶隙寬度，具體的，所述第一非晶硅光吸收層4的光學(xué)帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層8光學(xué)帶隙寬度為1.30ev?1.52ev。為了進(jìn)一步增大非晶硅疊層太陽(yáng)能電池對(duì)光譜的利用率，所述第一非晶硅光吸收層4的光學(xué)帶隙寬度優(yōu)選為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層8光學(xué)帶隙寬度優(yōu)選為1.52ev。
[0026]為了進(jìn)一步為兩個(gè)子電池的載流子有利復(fù)合創(chuàng)造了條件，減少了載流子的不利復(fù)合，提高了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率，所述隧穿結(jié)6由缺陷態(tài)密度大、光學(xué)帶隙寬度小的材料制作而成。進(jìn)一步的，所述的隧穿結(jié)6的厚度為2nm，光學(xué)帶隙寬度為0.45ev。
[0027]實(shí)施例
[0028]本實(shí)施例中所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池的一些參數(shù)如表I所示:
[0029]表I
[0030]
【權(quán)利要求】
1.非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，包括依次層疊設(shè)置的透明玻璃襯底(I)、TCO透明導(dǎo)電膜(2)、第一 P型半導(dǎo)體層(3)、第一非晶硅光吸收層(4)、第一 N型半導(dǎo)體層(5)、第二 P型半導(dǎo)體層(7)、第二非晶硅光吸收層(8)、第二N型半導(dǎo)體層(9)、金屬電極(10)，所述第一N型半導(dǎo)體層(5)與第二 P型半導(dǎo)體層(7)之間設(shè)置有隧穿結(jié)(6)，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)的厚度為600nm，所述第二非晶硅光吸收層(8)的厚度為200nm?600nm。
2.如權(quán)利要求1所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述第二非晶硅光吸收層⑶的厚度為400nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)采用非晶硅材料制作而成，所述第二非晶硅光吸收層(8)采用非晶鍺硅材料制作而成。
4.如權(quán)利要求3所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)的光學(xué)帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層(8)光學(xué)帶隙寬度為1.30ev ?1.52ev0
5.如權(quán)利要求4所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)的光學(xué)帶隙寬度為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層(8)光學(xué)帶隙寬度為1.52ev。
6.如權(quán)利要求5所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述隧穿結(jié)(6)由缺陷態(tài)密度大、光學(xué)帶隙寬度小的材料制作而成。
7.如權(quán)利要求6所述的非晶硅疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的隧穿結(jié)(6)的厚度為2nm，光學(xué)帶隙寬度為0.45ev。
【文檔編號(hào)】H01L31/0376GK103681935SQ201310424317
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】劉爽, 曲鵬程, 陳逢彬, 何存玉, 熊流峰, 劉颯, 鐘智勇, 劉永 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)