[发明专利]基于P型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种基于P型硅片的黄铜矿类半 导体薄膜异质结太阳电池。

背景技术

当今世界，常规能源的持续使用带来了能源紧缺以及环境恶化等一系列 经济和社会问题，解决上述问题的最好途经是大力发展和推广可再生能源。 在可再生能源中，太阳能发电由于地域性限制小、应用范围广、基本无污染、 可持续利用率高等优点，成为世界各国竞相发展的目标。目前，太阳能发电 在可再生能源中所占比重还很小，主要原因是使用成本过高。因此，开发高 效率、低成本的太阳能电池，使其成本接近甚至低于常规能源成本，将有着 举足轻重而又意义深远的作用。

目前，现有的各类太阳能电池中，晶体硅太阳电池占了90％的市场份额， 其中单晶硅电池的转化效率超过了17％，多晶硅电池转化效率也在15～16％。 尽管在实验室中小面积的晶体硅电池的最高转化效率接近25％，但由于其工 艺与结构过于复杂，不利于规模化生产及应用。因此，在成本不太高，工艺 不太复杂的前提下，各国都在从新的器件结构努力，开发效率更高的晶体硅 类太阳电池及其产业化技术。其中，基于晶体硅的异质结太阳电池是一个热 点的方向。如一种基于P型硅衬底的太阳能电池，参见附图1所示，包括依 次叠层结合的受光面电极1、N型非晶硅层2、本征非晶硅层3、P型硅衬底 4和背电极5。其实验室转化效率已经突破18％，产业化的电池片的转化效 率也已经达到19％。该类电池具有如下几大优点：(1)由于非晶硅的带隙在 1.7eV以上，与晶体硅的1.12eV相比更高，从而形成更强的内建电场，大幅 度地提高开路电压；(2)采用低温(200℃以内)沉积方式形成PIN结，避免了 常规硅电池工艺的高温扩散(约900℃)工艺，既减少了生产能耗，又避免了高 温产生的形变及热损伤，减少了碎片率；(3)在沉积非晶硅层形成PIN结的 同时，带来了很好的表面钝化作用。

然而，上述HIT结构的太阳能电池存在如下问题：(1)由于非晶硅材料 有很多的界面态和缺陷，载流子迁移率比较低，影响了光生电流的收集；(2) 非晶硅材料本身有光致衰退作用，要降低该类电池的效率衰减，必须尽可能 地采用N型硅片为衬底，限制了其原材料的选择范围；(3)非晶硅材料和晶 体硅材料的光吸收系数都不是很高，要提高长波响应，要求硅片的厚度不能 太薄，也限制了电池向薄型化方向发展的潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于P型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太 阳电池，以获得较高的转化效率。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于P型硅片的 黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池，包括依次叠层结合的受光面电极、透 明导电层、N型黄铜矿半导体薄膜、P型晶体硅、P⁺背表面场和背金属电极， 形成NPP⁺的异质结结构。

上文中，所述N型黄铜矿半导体薄膜与P型晶体硅形成异质PN结，有 如下优点：(1)由于有高的光吸收系数，N型层可以比较薄，P型晶体硅的 厚度也可以进一步减薄；(2)由于有高的光吸收系数，再加上透明导电层兼 有减反射作用，N型层无需做类似绒面的陷光结构；(3)可以调整带隙，按 照受光顺序形成从高到低的带隙梯度分布，以达到与太阳光谱匹配形成分段 吸收的目的；这样既增加光生电流，又增大开路电压；(4)由于N型黄铜矿 半导体薄膜本身载流子迁移率比较高，再加上可以做成很高结晶质量，因而 可以更好地收集光生电流。

上述技术方案中，所述受光面电极为Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni、Al/Ni 或Ti/Pd/Ag电极，其厚度为100nm～400μm。优选的厚度为20～200μm。该 受光面电极主要起到收集电流的作用。

上述技术方案中，所述透明导电层为ITO、SnO₂：F(FTO)、CdSnO₄、 CuGaO₂、CuInO₂、SrCu₂O₂、SnO₂、In₂O₃或掺杂的ZnO层，其厚度为 80～1000nm。优选的厚度为100～500nm。所述掺杂的ZnO层为掺B、Al、 Ga或In等的ZnO层。该透明导电层具有较高的透光性和电导率，除了起到 收集电流的作用外，还可通过优化厚度起到良好的减弱表面反射的作用。