專利名稱:薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光伏太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池。
技術(shù)背景
CIGS是銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的縮寫，由CIGS和a_Si薄膜電池組成的串聯(lián)電池由 于具有效率高、生產(chǎn)過程易于操作和改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，從開始出現(xiàn)就引起了人們的極大關(guān)注。在 公開號(hào)為6368892的美國(guó)專利中公開了一種CIGS和a_Si薄膜電池串聯(lián)組成的多結(jié)太陽(yáng)電 池，其結(jié)構(gòu)為襯底層/背電極層/CIS (或CIGS)層/n型導(dǎo)電層/P-I-N結(jié)層/前電極層。 但是現(xiàn)有a-Si/CIGS串聯(lián)多結(jié)層太陽(yáng)能電池的模組設(shè)計(jì)還不夠合理，其目前的光電轉(zhuǎn)換效 率只有10%左右。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種性能優(yōu)異的薄膜太陽(yáng)能電池。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括 襯底層、設(shè)置在襯底層上的背電極層、TCO層和設(shè)置在背電極層與TCO層之間的太陽(yáng)能電池 模組，所述太陽(yáng)能電池模組包括一個(gè)銅銦鎵硒P-N結(jié)層和一個(gè)非晶硅P-I-N結(jié)層，所述銅銦 鎵硒P-N結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層設(shè)置于背電極層上，所述銅銦鎵硒P-N結(jié)層的N型銅 銦鎵硒緩沖層與所述非晶硅P-I-N結(jié)層的P型非晶硅層之間設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述非 晶硅P-I-N結(jié)層的N型非晶硅層與所述TCO層之間設(shè)置有重?fù)诫s的N+層，該太陽(yáng)能電池的 結(jié)構(gòu)為襯底層/背電極層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/P+層/P型非晶硅 層/I型非晶硅層/N型非晶硅層/ N+層/TCO層。
進(jìn)一步地，非晶硅P-I-N結(jié)層的厚度為IOOnm 360nm。
非晶硅P-I-N結(jié)層中P型非晶硅層、I型非晶硅層和N型非晶硅層的厚度比為P 型非晶硅層I型非晶硅層N型非晶硅層=(1 2) (10 15): (2 4)。
重?fù)诫s的P+層的厚度為Inm 10nm。
重?fù)诫s的P+層中電荷載子的密度為102° g/cm3 IO22 g/cm3。
重?fù)诫s的N+層的厚度為1. 5nm 15nm。
重?fù)诫s的N+層中電荷載子的密度為102° g/cm3 IO22 g/cm3。
銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層的厚度為1. Oum 2. 5um。
銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層的厚度為40nm 200nm。
本實(shí)用新型薄膜太陽(yáng)能電池的非晶硅P-I-N結(jié)層厚度設(shè)計(jì)合理，近紅外光譜能量 能夠被銅銦鎵硒P-N結(jié)層充分吸收，因此本實(shí)用新型提供的薄膜太陽(yáng)能電池的功率大大提 高。另外，在非晶硅P-I-N結(jié)層的P型非晶硅層和N型非晶硅層外分別設(shè)置了極薄而重?fù)?雜的P+層和N+層，加強(qiáng)了 I型非晶硅層中的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高了薄膜太陽(yáng)能電池的功率。在 非晶硅P-I-N結(jié)層中，由于大量空間電荷載子在電池膜層處的分配造成非晶硅P-I-N結(jié)層 中的內(nèi)部電場(chǎng)受到扭曲，本實(shí)用新型通過在非晶硅P-I-N結(jié)層的P型非晶硅層和N型非晶硅層外分別設(shè)置P+層和N+層，修改了整個(gè)非晶硅P-I-N結(jié)層的內(nèi)部電場(chǎng)，使非晶硅P-I-N 結(jié)層的內(nèi)部電場(chǎng)更平滑，場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值更高。非晶硅P-I-N結(jié)層中的內(nèi)部電場(chǎng)與增設(shè)P+層和N+ 層后非晶硅P-I-N結(jié)層中的內(nèi)部電場(chǎng)的曲線示意圖見圖1所示，其中El為不設(shè)P+層和N+ 層時(shí)的非晶硅P-I-N結(jié)層中的內(nèi)部電場(chǎng)，E2為增設(shè)P+層和N+層后非晶硅P-I-N結(jié)層中的 內(nèi)部電場(chǎng)，對(duì)比E1和E2，可以發(fā)現(xiàn)E2更平滑，場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值更高。
本實(shí)用新型提供的薄膜太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的功率較目前同類型雙結(jié)層結(jié)構(gòu)的薄 膜太陽(yáng)能電池平均高出約1. 5%，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到11. 5%以上。本實(shí)用新型提供的薄膜太陽(yáng) 能電池還具有可靠性高和制造價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為增設(shè)P+層和N+層前后非晶硅P-I-N結(jié)層中的內(nèi)部電場(chǎng)的變化曲線示意圖；
圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為實(shí)施例1的能量頻帶曲線圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
如圖2所示，本實(shí)用新型一種實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)為 玻璃襯底層ll/Μο背電極層10/P型銅銦鎵硒薄膜層9/N型銅銦鎵硒緩沖層8/P+層7/P型 非晶硅層6/1型非晶硅層5/N型非晶硅層4/ N+層3/Ζη0:Α1層2/前玻璃襯層1，太陽(yáng)光從 前玻璃襯層1射入，依次經(jīng)過ZnO: Al層2、N+層3、N型非晶硅層4、I型非晶硅層5、P型非 晶硅層6、P+層7、N型銅銦鎵硒緩沖層8，之后被P型銅銦鎵硒薄膜層9完全吸收。
其中，非晶硅P-I-N結(jié)層的厚度為lOOnm，非晶硅P-I-N結(jié)層中P型非晶硅層6、I 型非晶硅層5和N型非晶硅層4的厚度比為P型非晶硅層6:1型非晶硅層5:N型非晶硅 層4=1:10:4。重?fù)诫s的P+層7的厚度為lnm，重?fù)诫s的P+層7中電荷載子的密度為102° g/ cm3。重?fù)诫s的N+層3的厚度為15nm，重?fù)诫s的N+層3中電荷載子的密度為IO22 g/cm3。銅 銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層9的厚度為2. 5um,銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵 硒緩沖層8的厚度為40nm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層8的材料為ZnS。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)相同，結(jié)構(gòu)見 圖2所示，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底層ll/Μο背電極層10/P型銅銦鎵硒薄膜層9/N型銅銦鎵硒 緩沖層8/P+層7/P型非晶硅層6/1型非晶硅層5/N型非晶硅層4/ N+層3/ΖηΟ:Α1層2/前 玻璃襯層1，太陽(yáng)光從前玻璃襯層1射入，依次經(jīng)過ZnO: Al層2、N+層3、N型非晶硅層4、 I型非晶硅層5、P型非晶硅層6、P+層7、N型銅銦鎵硒緩沖層8，之后被P型銅銦鎵硒薄膜 層9完全吸收。
不同之處是非晶硅P-I-N結(jié)層的厚度為360nm，非晶硅P_I_N結(jié)層中P型非晶硅 層6、I型非晶硅層5和N型非晶硅層4的厚度比為P型非晶硅層6:1型非晶硅層5:N型 非晶硅層4=1:15:2。重?fù)诫s的P+層7的厚度為lOnm，重?fù)诫s的P+層7中電荷載子的密度 為IO22 g/cm3。重?fù)诫s的N+層3的厚度為1.5nm，重?fù)诫s的N+層3中電荷載子的密度為102° g/cm3。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層9的厚度為1. Oum,銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層8的厚度為200nm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層8的材 料為ZnSe0
實(shí)施例3
本實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)相同，結(jié)構(gòu)見 圖2所示，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底層ll/Μο背電極層10/P型銅銦鎵硒薄膜層9/N型銅銦鎵硒 緩沖層8/P+層7/P型非晶硅層6/1型非晶硅層5/N型非晶硅層4/ N+層3/Ζη0:Α1層2/前 玻璃襯層1，太陽(yáng)光從前玻璃襯層1射入，依次經(jīng)過ZnO: Al層2、N+層3、N型非晶硅層4、 I型非晶硅層5、P型非晶硅層6、P+層7、N型銅銦鎵硒緩沖層8，之后被P型銅銦鎵硒薄膜 層9完全吸收。
不同之處是非晶硅P-I-N結(jié)層的厚度為200nm，非晶硅P_I_N結(jié)層中P型非晶硅 層6、I型非晶硅層5和N型非晶硅層4的厚度比為P型非晶硅層6:1型非晶硅層5:N型 非晶硅層4=2:12:3。重?fù)诫s的P+層7的厚度為5nm，重?fù)诫s的P+層7中電荷載子的密度 為IO21 g/cm3。重?fù)诫s的N+層3的厚度為lOnm，重?fù)诫s的N+層3中電荷載子的密度為IO21 g/cm3。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層9的厚度為1. 5um,銅銦鎵硒P-N結(jié)層中 N型銅銦鎵硒緩沖層8的厚度為50nm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層8的材料 為 ZnIn2Se30
在圖3中，Cb、Vb表示增設(shè)P+層和N+層后的電池能帶曲線，即本實(shí)用新型實(shí)施例 1的能帶曲線，Ca、Va表示未設(shè)置P+層和N+層時(shí)電池的能帶曲線，C表示傳導(dǎo)帶，V表示電 價(jià)帶，Ef,a表示增設(shè)P+層和N+層后的電池的費(fèi)米能級(jí)，Ef,b表示未設(shè)置P+層和N+層時(shí)電池 的費(fèi)米能級(jí)。從圖3中可以看出，Cb、Vb能障較窄，且具有更高的能壘。
權(quán)利要求
一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括襯底層、設(shè)置在襯底層上的背電極層、TCO層和設(shè)置在背電極層與TCO層之間的太陽(yáng)能電池模組，其特征在于所述太陽(yáng)能電池模組包括一個(gè)銅銦鎵硒P N結(jié)層和一個(gè)非晶硅P I N結(jié)層，所述銅銦鎵硒P N結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層設(shè)置于背電極層上，所述銅銦鎵硒P N結(jié)層的N型銅銦鎵硒緩沖層與所述非晶硅P I N結(jié)層的P型非晶硅層之間設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述非晶硅P I N結(jié)層的N型非晶硅層與所述TCO層之間設(shè)置有重?fù)诫s的N+層，該太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)為襯底層/背電極層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/P+層/P型非晶硅層/I型非晶硅層/N型非晶硅層/ N+層/TCO層。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述非晶硅P-I-N結(jié)層的厚 度為 lOOnm 360nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述非晶硅P-I-N結(jié)層中 P型非晶硅層、I型非晶硅層和N型非晶硅層的厚度比為P型非晶硅層1型非晶硅層N 型非晶硅層=(1 2): (10 15): (2 4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的P+層的厚度為 lnm 10nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或4所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的P+層中電 荷載子的密度為1020 g/cm3 1022 g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的N+層的厚度為 1. 5nm 15nm0
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或6所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的N+層中電 荷載子的密度為1020 g/cm3 1022 g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型 銅銦鎵硒薄膜層的厚度為1. Oum 2. 5um。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型 銅銦鎵硒緩沖層的厚度為40nm 200nm。
專利摘要
本實(shí)用新型公開了一種薄膜太陽(yáng)能電池，其結(jié)構(gòu)為襯底層/背電極層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/P+層/P型非晶硅層/I型非晶硅層/N型非晶硅層/N+層/TCO層。本實(shí)用新型薄膜太陽(yáng)能電池的非晶硅P-I-N結(jié)層厚度設(shè)計(jì)合理，近紅外光譜能量能夠被銅銦鎵硒P-N結(jié)層充分吸收，因此薄膜太陽(yáng)能電池的功率大大提高。另外，在非晶硅P-I-N結(jié)層的P型非晶硅層和N型非晶硅層外分別設(shè)置了極薄而重?fù)诫s的P+層和N+層，加強(qiáng)了I型非晶硅層中的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高了太陽(yáng)能電池的功率。本實(shí)用新型薄膜太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的功率較目前同類型雙結(jié)層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池平均提高約1.5%。本實(shí)用新型太陽(yáng)能電池還具有可靠性高和制造價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/042GKCN201708170SQ201020270941
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月26日
發(fā)明者賀方涓, 趙一輝 申請(qǐng)人:河南阿格斯新能源有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan