[发明专利]渐变带隙纳米硅薄膜及渐变带隙纳米硅薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及硅薄膜太阳能电池领域，特别是渐变带隙的纳米硅薄膜及由这种纳米硅薄膜制成的太阳能电池。

背景技术

硅薄膜太阳电池有原材料消耗少，易于大面积连续化生产，制备过程污染小等优点；是光伏电池的重要发展方向。非晶硅电池存在光致衰退效应，这限制了他的发展，纳米硅（微晶硅）太阳电池的材料有序性好，基本无衰退，并且能和非晶硅电池结合制备叠层电池提高效率，降低成本。现有的纳米硅薄膜太阳能电池不能充分吸收不同波段的太阳光能，电能转换效率低、光致衰减大及纳米硅太阳电池开路电压与填充因子较低。

发明内容

本发明的目的是解决传统硅薄膜太阳电池转换效率低、光致衰减大及纳米硅太阳电池开路电压与填充因子较低的问题，提供一种新的渐变带隙纳米硅薄膜材料及由其制备的渐变带隙纳米硅薄膜太阳能电池。

实现本发明目的的技术方案是渐变带隙纳米硅薄膜，为由非晶硅、晶粒和晶界组成的混合相材料；所述晶体硅的带隙为1.12eV，非晶硅为1.75eV；所述器件质量级的纳米硅薄膜晶化率范围为40%-70%；所述渐变带隙纳米硅薄膜的带隙为1.3eV~1.5eV。

渐变带隙有多种结构，本发明提出四种方案，其中方案一由一个1200nm的渐变带隙形成“C”型渐变结构，带隙从1.7eV递变到1.3eV；纳米硅薄膜晶化率为70%。

方案二由两个渐变带隙形成“V”型渐变结构；第一渐变带隙膜厚为300nm，带隙从1.7eV递变到1.3eV，纳米硅薄膜生长初期薄膜纵向生长非晶孵化层到70%晶化率；第二渐变带隙膜厚为900nm，带隙从1.3eV递变到1.5eV，纳米硅薄膜晶化率为70%-40%。

方案三由三个渐变带隙形成“U”型渐变结构；第一渐变带隙膜厚为300nm，带隙从1.7eV递变到1.3eV，纳米硅薄膜生长初期薄膜纵向生长非晶孵化层到70%晶化率；第二渐变带隙膜厚为600nm，带隙为1.3eV，纳米硅薄膜晶化率为70%；第三渐变带隙为300nm，从1.3eV递变到1.5eV，纳米硅薄膜晶化率为70%-40%。

方案四由四个渐变带隙形成“E”型渐变结构；第一渐变带隙膜厚为300nm，带隙从1.7eV递变到1.3eV，纳米硅薄膜生长初期薄膜纵向生长非晶孵化层到70%晶化率；第二渐变带隙膜厚为300nm，带隙为1.3eV，纳米硅薄膜晶化率为70%；第三渐变带隙膜厚为300nm，从1.3eV递变到1.43eV，纳米硅薄膜晶化率为70%-51%；第四渐变带隙膜厚为300nm，从1.43eV递变到1.5eV，纳米硅薄膜晶化率为51%-40%。

一种渐变带隙纳米硅薄膜太阳能电池，包括玻璃衬底、透明导电膜、硅薄膜太阳能电池和背电极；所述硅薄膜太阳能电池为单结硅薄膜太阳能电池或多结叠层硅薄膜太阳能电池；单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的每层电池的I层均采用前述的渐变带隙纳米硅薄膜。

单结硅薄膜太阳能电池的N层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的每层电池的N层均采用N型nc-SiOx:H膜。

所述背电极为ZnO与Ag /Al的复合膜。

所述硅薄膜太阳能电池为由顶电池和底电池构成的双结叠层硅薄膜太阳能电池；所述顶电池的N₁层为nc-SiOx:H/nc-Si:H，I₁层为a-Si:H，P₁层为a-SiC:H；所述底电池的N₂层为a-Si:H，I₂层为nc-Si:H，P₂层为nc-Si:H。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益的效果：（1）本发明的渐变带隙纳米硅薄膜用于纳米硅电池的I层（也即光吸收层），充分吸收不同波段的太阳光能，还改善了光生空穴的传输，从而可以有效提高电池的光电转换效率，降低光致衰退效应，降低成本；同时，渐变光吸收层结构解决了纳米硅太阳电池开路电压较低的问题，而且渐变结构使其与P层及N层的带隙差别较小，较大程度的解决了P/I、I/N界面的带隙失配问题，避免了异质结的界面效应，

（2）本发明的渐变带隙纳米硅薄膜通过控制晶化率在一定范围内变化，使得形成渐变带隙，制备简单，且无需掺入新的元素来改变带隙，制备成本低。