非晶硅疊層太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能轉換效率較高的非晶硅疊層太陽能電池。該非晶硅疊層太陽能電池，包括依次層疊設置的透明玻璃襯底、TCO透明導電膜、第一P型半導體層、第一非晶硅光吸收層、第一N型半導體層、第二P型半導體層、第二非晶硅光吸收層、第二N型半導體層、金屬電極，所述第一N型半導體層與第二P型半導體層之間設置有隧穿結，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能電池的轉換效率，另外，隧穿結提供了缺陷能級，為兩個子電池的載流子有利復合創造了條件，減少了載流子的不利復合，提高了疊層電池的轉換效率，適合在太陽能利用【技術領域】推廣應用。
【專利說明】非晶硅疊層太陽能電池【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能利用【技術領域】，具體涉及一種非晶硅疊層太陽能電池。
【背景技術】
[0002]太陽能取之不盡用之不竭，最有可能成為未來世界的主流能源，能很好的解決現存的能源危機，其中非晶硅薄膜電池具有生產成本低、能量回收時間短、適于大批量生產、弱光響應好以及易實現與建筑相結合、適用范圍廣等優點，在未來薄膜太陽能電池中將占據主要份額。
[0003]非晶硅太陽能電池的結構經過一系列的發展，不斷克服著發展中的缺陷。最先提出的是非晶硅單結太陽能電池，非晶硅單結太陽能電池的結構包括依次層疊設置的透明玻璃襯底(起到襯底支撐作用和對下層結構的保護作用)、TCO透明導電膜(與金屬電極一起構成電池的正負極)、P型半導體層(與N型半導體層一起構成太陽能電池的內建電場)、非晶硅光吸收層(吸收太陽光能并產生光生非平衡載流子)、N型半導體層、金屬電極，其中非晶硅光吸收層作為非平衡載流子的產生層，P型半導體層和N型半導體層為電池提供了內建電場，進行非平衡載流子的收集。
[0004]單結非晶硅太陽能電池，由于非晶硅光吸收層的光學帶隙寬度是固定的，約為
1.7ev,因此只能單一的吸收波長為0.3~0.75微米的可見光，光譜利用率較低，同時，單結非晶硅太陽能電池為了盡可能增加太陽能轉換效率，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定性，即存在所謂的S-W效應(光至衰退效應)，這會導致單結非晶硅太陽能電池隨著光照`時間的增加，太陽能轉換效率會降低10%-20%，因此，拓寬非晶硅太陽能電池對光譜的響應范圍，降低S-W效應，是非晶硅太陽能電池發展的必然趨勢。
[0005]為了拓寬非晶硅太陽能電池對光譜的響應范圍，降低S-W效應，人們在單結非晶硅太陽能電池的基礎上提出了非晶硅疊層太陽能電池。非晶硅疊層太陽能電池的結構包括依次層疊設置的透明玻璃襯底、TCO透明導電膜、第一 P型半導體層、第一非晶硅光吸收層、第一 N型半導體層、第二 P型半導體層、第二非晶硅光吸收層、第二 N型半導體層、金屬電極，非晶硅疊層太陽能電池相當于兩個pin結構的單結非晶硅太陽能子電池(頂電池和底電池)的串聯結構。
[0006]非晶硅疊層太陽能電池利用PECVD等薄膜沉積技術依次沉積兩個pin結構的太陽能電池，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，擴展了光譜的響應；同時非晶硅光吸收層的薄化，使得兩個子電池的內建電場有所增大，這樣有利于非平衡載流子快速從非晶硅光吸收層中抽出，避免了載流子的復合損失，從而有利于提高太陽能轉換效率并降低S-W效應。
[0007]但是，非晶硅疊層太陽能電池隨即帶來了一些新的問題，影響著電池的轉換效率。由于兩個子電池相互串聯，流經兩個子電池的電流必然相等，即兩個子電池中產生的最小電流為最終輸出的電流，所以必須調節頂電池或底電池非晶硅光吸收層的厚度，使兩個個子電池的電流相匹配，才能獲得較好的轉換效率，如不考慮厚度，則頂電池和底電池皆可成為限制條件，從而影響電池的轉換效率，現有的非晶硅疊層太陽能電池的頂電池和底電池非晶硅光吸收層的厚度沒有一個合理的數值，導致現有的電池轉換效率較低，一般只有
11.231%。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種太陽能轉換效率較高的非晶硅疊層太陽能電池。
[0009]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:該非晶硅疊層太陽能電池，包括依次層疊設置的透明玻璃襯底、TCO透明導電膜、第一 P型半導體層、第一非晶硅光吸收層、第一 N型半導體層、第二 P型半導體層、第二非晶硅光吸收層、第二 N型半導體層、金屬電極，所述第一 N型半導體層與第二 P型半導體層之間設置有隧穿結，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]進一步的是，所述第二非晶硅光吸收層的厚度為400nm。
[0011]進一步的是，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]進一步的是，所述第一非晶硅光吸收層的光學帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層光學帶隙寬度為1.30ev?1.52ev。
[0013]進一步的是，所述第一非晶硅光吸收層的光學帶隙寬度為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層光學帶隙寬度為1.52ev。
[0014]進一步的是，所述隧穿結由缺陷態密度大、光學帶隙寬度小的材料制作而成。
[0015]進一步的是，所述的隧穿結的厚度為2nm，光學帶隙寬度為0.45ev。
[0016]本發明的有益效果:本發明對非晶硅疊層太陽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行優化，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能電池的轉換效率，另外，隧穿結提供了缺陷能級，為兩個子電池的載流子有利復合創造了條件，減少了載流子的不利復合，提高了疊層電池的轉換效率，再者，本發明所述非晶硅疊層太陽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密度，降低了光致衰退效應對電池效率產生的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明非晶硅疊層太陽能電池的結構示意圖；
[0018]圖2是根據實施例得到的1-V曲線圖；
[0019]圖3是根據實施例得到的量子效率曲線圖；
[0020]圖中標記說明:透明玻璃襯底1、TCO透明導電膜2、第一 P型半導體層3、第一非晶硅光吸收層4、第一 N型半導體層5、隧穿結6、第二 P型半導體層7、第二非晶硅光吸收層
8、第二 N型半導體層9、金屬電極10。
【具體實施方式】[0021]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0022]如圖1所示，該非晶硅疊層太陽能電池，包括依次層疊設置的透明玻璃襯底1、TC0透明導電膜2、第一 P型半導體層3、第一非晶硅光吸收層4、第一 N型半導體層5、第二 P型半導體層7、第二非晶硅光吸收層8、第二 N型半導體層9、金屬電極10，所述第一 N型半導體層5與第二 P型半導體層7之間設置有隧穿結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。本發明對非晶娃疊層太陽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的厚度進行優化，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能電池的轉換效率，另外，隧穿結6提供了缺陷能級，為兩個子電池的載流子有利復合創造了條件，減少了載流子的不利復合，提高了疊層電池的轉換效率，再者，本發明所述非晶硅疊層太陽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密度，降低了光致衰退效應對電池效率產生的影響。
[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，會增加整個太陽能電池的串聯電阻，導致電池效率下降，如果太薄，光在吸收層中不能完全吸收，不足以產生足夠的非平衡載流子，因此，作為優選的，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的光學帶隙寬度不同，使其對應吸收不同波長范圍的太陽光，使得太陽能光譜的利用率大大提高。
[0025]為了增大非晶硅疊層太陽能電池對光譜的利用率，所述第一非晶硅光吸收層4的光學帶隙寬度為一般要大于第二非晶娃光吸收層8光學帶隙寬度,米取這樣分布的原因是，如果第一非晶娃光吸收層4的光學帶隙寬度小于第二非晶娃光吸收層8的光學帶隙寬度，由于第一非晶硅光吸收層4在最頂層，由于其光學帶隙寬度最小，所以能量大于其光學帶隙寬度的光波都會使其產生非平衡載流子，那么最下面光學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的光學帶隙寬度為一般要大于第二非晶硅光吸收層8光學帶隙寬度，具體的，所述第一非晶硅光吸收層4的光學帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層8光學帶隙寬度為1.30ev?1.52ev。為了進一步增大非晶硅疊層太陽能電池對光譜的利用率，所述第一非晶硅光吸收層4的光學帶隙寬度優選為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層8光學帶隙寬度優選為1.52ev。
[0026]為了進一步為兩個子電池的載流子有利復合創造了條件，減少了載流子的不利復合，提高了疊層電池的轉換效率，所述隧穿結6由缺陷態密度大、光學帶隙寬度小的材料制作而成。進一步的，所述的隧穿結6的厚度為2nm，光學帶隙寬度為0.45ev。
[0027]實施例
[0028]本實施例中所述的非晶硅疊層太陽能電池的一些參數如表I所示:
[0029]表I
[0030]
【權利要求】
1.非晶硅疊層太陽能電池，包括依次層疊設置的透明玻璃襯底(I)、TCO透明導電膜(2)、第一 P型半導體層(3)、第一非晶硅光吸收層(4)、第一 N型半導體層(5)、第二 P型半導體層(7)、第二非晶硅光吸收層(8)、第二N型半導體層(9)、金屬電極(10)，所述第一N型半導體層(5)與第二 P型半導體層(7)之間設置有隧穿結(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.如權利要求1所述的非晶硅疊層太陽能電池，其特征在于:所述第二非晶硅光吸收層⑶的厚度為400nm。
3.如權利要求1或2所述的非晶硅疊層太陽能電池，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.如權利要求3所述的非晶硅疊層太陽能電池，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)的光學帶隙寬度為1.70ev?1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層(8)光學帶隙寬度為1.30ev ?1.52ev0
5.如權利要求4所述的非晶硅疊層太陽能電池，其特征在于:所述第一非晶硅光吸收層(4)的光學帶隙寬度為1.82ev，所述第二非晶硅光吸收層(8)光學帶隙寬度為1.52ev。
6.如權利要求5所述的非晶硅疊層太陽能電池，其特征在于:所述隧穿結(6)由缺陷態密度大、光學帶隙寬度小的材料制作而成。
7.如權利要求6所述的非晶硅疊層太陽能電池，其特征在于:所述的隧穿結(6)的厚度為2nm，光學帶隙寬度為0.45ev。
【文檔編號】H01L31/0376GK103681935SQ201310424317
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】劉爽, 曲鵬程, 陳逢彬, 何存玉, 熊流峰, 劉颯, 鐘智勇, 劉永 申請人:電子科技大學