專利名稱:一種薄膜光伏太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種薄膜光伏太陽(yáng)能電池。
技術(shù)背景
CIGS是銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的縮寫(xiě)，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(guò)程易于操作和改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，從開(kāi)始出現(xiàn)就引起了人們的極大關(guān)注。在 公開(kāi)號(hào)為6368892的美國(guó)專利中公開(kāi)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效率、低成本的薄膜光伏太陽(yáng)能電池。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種薄膜光伏太陽(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)由銅銦鎵硒P-N結(jié)層和非晶硅P-I-N結(jié)層相鄰設(shè)置的 雙結(jié)層P-N/P-I-N，所述雙結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層與所述背電極層之間設(shè)置有重?fù)诫s 的P+層，所述雙結(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+層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/ 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5nm 50nm。
重?fù)诫s的P+層中電荷載子的密度為102° g/cm3 1021g/cm3。
重?fù)诫s的P+層由硒化鉬或密度為1020 1021 g/cm3的銅空缺層通過(guò)共濺射或共 蒸發(fā)的方法沉積制得。
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。
重?fù)诫s的N+層由氫化磷沉積制得。
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50nm 200nm。
銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層的材料為ZnS、ZnSe或ZnIn2Se3。
本發(fā)明薄膜光伏太陽(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，因此本發(fā)明提供的薄膜光伏太陽(yáng)能電池的功率大大提 高。另外，在雙結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層與所述背電極層之間設(shè)置了重?fù)诫s的P+層，在所述雙結(jié)層的N型非晶硅層與所述TCO層之間設(shè)置了重?fù)诫s的N+層，增強(qiáng)了載體在光伏組 件中的漂流速度與流通量，提高了薄膜光伏太陽(yáng)能電池的功率。本發(fā)明提供的薄膜光伏太 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)的薄膜光伏太陽(yáng)能電池平均提高約1. 5%， 轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到11. 5%以上。本發(fā)明提供的薄膜光伏太陽(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為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2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1所示，本發(fā)明一種實(shí)施例的薄膜光伏太陽(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+層9/P型銅銦鎵硒薄膜層8/N型銅銦鎵硒緩沖層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，ZnO: Al層2為窗 口電極層，厚度為0. 6um,太陽(yáng)光從前玻璃襯層1射入，依次經(jīng)過(guò)Ζη0:Α1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、N型銅銦鎵硒緩沖層7、P型銅銦鎵硒薄膜層8， 之后被P+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9的厚度為5nm，重?fù)诫s的P+層9中電荷載子的密度為1021g/cm3。 重?fù)诫s的P+層9由硒化鉬通過(guò)共濺射的方法沉積制得。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。重?fù)诫s的N+層3由氫化磷沉積制得。銅 銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層8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7的厚度為50nm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層7的材料為ZnS。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的薄膜光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的薄膜光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)相同，結(jié) 構(gòu)見(jiàn)圖1所示，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底層ll/Μο背電極層10/P+層9/P型銅銦鎵硒薄膜層8/N 型銅銦鎵硒緩沖層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/ZnO: Al層2/ 前玻璃襯層，ZnO: Al層2為窗口電極層，厚度為0. 6um，太陽(yáng)光從前玻璃襯層1射入，依次經(jīng) 過(guò)ΖηΟ:Α1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、N型銅銦鎵硒緩 沖層7、P型銅銦鎵硒薄膜層8，之后被P+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9的厚度為lOnm，重?fù)诫s的P+層9中電荷載子的密度 為1021g/cm3。重?fù)诫s的P+層9由密度為1020 g/cm3的銅空缺層通過(guò)共蒸發(fā)的方法沉積制 得。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1022g/cm3。重 摻雜的N+層3由氫化磷沉積制得。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層8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7的厚度為200nm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層7的材料為ZnSe。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的薄膜光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的薄膜光伏太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)相同，結(jié) 構(gòu)見(jiàn)圖1所示，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底層ll/Μο背電極層10/P+層9/P型銅銦鎵硒薄膜層8/N 型銅銦鎵硒緩沖層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/ZnO: Al層2/ 前玻璃襯層，ZnO: Al層2為窗口電極層，厚度為0. 6um，太陽(yáng)光從前玻璃襯層1射入，依次經(jīng) 過(guò)Ζη0:Α1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、N型銅銦鎵硒緩 沖層7、P型銅銦鎵硒薄膜層8，之后被P+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9的厚度為50nm，重?fù)诫s的P+層9中電荷載子的密度 為102°g/cm3。重?fù)诫s的P+層9由密度為1021 g/cm3的銅空缺層通過(guò)共濺射的方法沉積制 得。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102°g/cm3。重 摻雜的N+層3由氫化磷沉積制得。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中P型銅銦鎵硒薄膜層8的厚度為 1. 6um,銅銦鎵硒P-N結(jié)層中N型銅銦鎵硒緩沖層7的厚度為lOOnm。銅銦鎵硒P-N結(jié)層中 N型銅銦鎵硒緩沖層7的材料為ZnIn2Se3。
在圖2中，Cb、Vb表示增設(shè)P+層和N+層后的電池能帶曲線，即本發(fā)明實(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, b表示增設(shè)P+層和N+層后的電池的費(fèi)米能級(jí)，Ef, a表示未設(shè)置P+層和N+層時(shí)電池的費(fèi)米 能級(jí)。從圖2中可以看出，Cb、Vb能障較窄，且具有更高的能壘。
權(quán)利要求
一種薄膜光伏太陽(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)由銅銦鎵硒P N結(jié)層和非晶硅P I N結(jié)層相鄰設(shè)置的雙結(jié)層P N/P I N，所述雙結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層與所述背電極層之間設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述雙結(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+層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/ 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所述的薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其特征在于所述非晶硅P-I-N結(jié)層 的厚度為IOOnm 360nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的薄膜光伏太陽(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I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所述的薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的P+層的厚 度為5nm 50nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或4所述的薄膜光伏太陽(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102° g/cm3 1021g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的P+層由硒 化鉬或密度為1020 1021 g/cm3的銅空缺層通過(guò)共濺射或共蒸發(fā)的方法沉積制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的N+層的厚 度為 1. 5nm 15nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1或7所述的薄膜光伏太陽(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IO20 g/cm3 IO22 g/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其特征在于所述重?fù)诫s的N+層由氫 化磷沉積制得。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜光伏太陽(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。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜光伏太陽(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50nm 200nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1或11所述的薄膜光伏太陽(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材料為ZnS、ZnSe或ZnIn2Se3。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜光伏太陽(yáng)能電池，其結(jié)構(gòu)為襯底層/背電極層/P+層/P型銅銦鎵硒薄膜層/N型銅銦鎵硒緩沖層/P型非晶硅層/I型非晶硅層/N型非晶硅層/N+層/TCO層。本發(fā)明太陽(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，因此功率大大提高。另外，在雙結(jié)層的P型銅銦鎵硒薄膜層與背電極層之間設(shè)置重?fù)诫s的P+層，在雙結(jié)層的N型非晶硅層與TCO層之間設(shè)置重?fù)诫s的N+層，增強(qiáng)了載體在光伏組件中的漂流速度與流通量，提高了薄膜光伏太陽(yáng)能電池的功率。本發(fā)明提供的薄膜光伏太陽(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)的薄膜光伏太陽(yáng)能電池平均提高約1.5%，同時(shí)，還具有可靠性高和制造價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/0352GKCN101908568SQ201010236616
公開(kāi)日2010年12月8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