[发明专利]一种共极型薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术和新能源开发技术领域，利用薄膜材料制备新型双面受光结构的薄膜太阳电池，特指一种共极型薄膜太阳电池。

背景技术

自上世纪70年代，第一块非晶硅薄膜太阳电池问世，耗电少、耗水量低、材料费用仅为块体硅材料的1％等优越性受到国内外同行业权威人士的一致赞同，并被誉为“第一代太阳电池”。在此基础上，第二代薄膜太阳电池以普通玻璃、塑料、不锈钢薄片等廉价材料为衬底，实现了大面积制作。近年来，为进一步改进第一代和第二代太阳电池存在的问题，继续降低成本和提高光电转换效率，人们研究和改进了薄膜太阳电池转换机制和电池结构，如叠层式太阳电池、聚光型太阳电池等。叠层式太阳电池结构加入了禁带宽度不同、对不同频谱范围太阳光吸收特性不同的材料，从而扩大了薄膜电池对光的吸收范围；但相对于同一面积上对光的吸收效率仍没有得到理想的改善。聚光太阳电池是在高倍太阳光下工作的太阳电池。增加了聚光器，并通过它使大面积聚光器上接受的太阳光汇聚在一个较小的范围内，形成“焦斑”或“焦带”。位于焦斑或焦带处的太阳电池得到较高的光能，使单体电池输出更多的电能，其潜力得到了发挥。只要有高聚光倍数的聚光器，一只聚光电池输出的功率可相当于几十只甚至更多常规电池的输出功率之和。这样用廉价的光学材料节省昂贵的半导体材料，可使发电成本降低。但为了保证焦斑汇聚在聚光电池上，聚光器和聚光电池需要安装在太阳跟踪装置上，并且需要对太阳进行跟踪，这就需要给系统增加额外动力、控制装置和严格的抗风措施等；同时在高光强下工作时，聚光型薄膜太阳电池的温度会显著上升，此时还必须使太阳电池强制降温。如何避免或减少借住辅助装置在极小的受光范围内，有效增加受光的面积，提高光吸收率成了下一步研究的重点。本发明根据薄膜电池特点，设计了具有双面受光特性的薄膜太阳电池结构，即一种共极型薄膜太阳电池(如图1)。该结构薄膜电池相比叠层太阳电池，减少了薄膜界面数目，尤其是避免了叠层电池的背电极与相邻薄膜层形成的势垒；又无需聚光型太阳电池的高聚光倍数的聚光器及跟踪装置，也不需要进行强制降温措施，并且该结构太阳电池稳定性能优越、电压输出和电流输出都得到相应的提高(图2和图3)，又可以融合叠层太阳电池和聚光型太阳电池的原理的优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种共极型双面受光结构薄膜太阳电池及其制备方法，以提高薄膜太阳电池的整体性能，它具有稳定性好、双面受光、内阻损耗低、转换效率高、填充因子高以及I-V特性良好等优点。

一种共极型薄膜太阳电池，从底层至上层依次为：玻璃衬底、ITO透明电极、p层(p⁺和p)、i层、n层、i层、p层(p和p⁺)和ITO电极，从上、下ITO透明电极层引出引线为共电极作为正极，从n层引出引线为负极。

本发明解决其关键问题所采用的技术方案是根据不同半导体薄膜制备技术，制备所需界面特性和光学良好的薄膜，按照本发明设计的薄膜太阳电池结构(如图1所示)制定加工路线和加工方案。其核心加工工艺如下：

1、在透明衬底上，首先制成绒面结构，以增强光吸收性能；

2、制备ITO透明电极；

3、利用等离子体化学气相沉积系统依次制备p⁺、p、i、n、i、p、p⁺薄膜层；

4、制备ITO透明电极；

5、进行太阳电池版刻蚀和封装后续工艺。

上述制备方案中，步骤2和4中ITO透明电极的具体溅射过程为：玻璃衬底首先在碱液中清洗，然后置于HF溶液中浸泡10min，完成后用去离子水清洗，在烘箱内烘干。溅射前真空室本底真空高于3.6×10^-4Pa，在导入总流量为100mL/min，体积比为3.5∶1.5的Ar气和O₂气的混合气体后溅射成膜。

上述制备方案中，步骤3是利用PECVD方法通过改变直流偏压、硅烷和氢气的流量比、射频功率和沉积温度来控制薄膜晶化率、晶粒大小和薄膜中氢的含量，制备纳米硅本征吸收层即i层，其中所用硅烷的稀释比[SiH₄]/[SiH₄+H₂]是5％。