[发明专利]一种机械叠层AlSb/CIS薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计，特别涉及一种机械叠层的薄膜太阳电池。

背景技术

单结结构的薄膜太阳电池，只能吸收和转换特定光谱范围的太阳光，光电转换效率不高。如果用不同能隙宽度(Eg)的材料，按其大小从上而下叠合成双结或多结太阳电池，可以选择性吸收和转换太阳光谱的不同区域的能量，就能大大提高薄膜太阳电池的转换效率。

美国可再生能源实验室(NREL)的Coutts等人(见Proceedings of the 12^th PhotovoltaicScience and Engineering Conference，Cheju Island，Korea，2001：277)计算了在AM1.5，100mW/cm²，25℃条件下，双结叠层多晶薄膜太阳电池的效率可达28％，其中顶电池和底电池吸收层的能隙分别要满足1.7eV和1.1eV。由于适宜的底电池吸收层能隙为1.1eV，正好与CuInSe₂(CIS)的能隙接近，而且CIS作为吸收层的电池(简称CIS电池)的制备工艺也比较成熟，因此，双结薄膜叠层电池中底电池常选用CIS电池，这种底电池的结构一般为：玻璃/Mo/CIS/ZnO或玻璃/Mo/CIS/CdS/TCO，但上述结构的底电池效率通常不高。对顶电池而言，要求吸收层的能隙比较宽，因此选择的范围主要集中在I-III-VI和II-VI族化合物半导体材料中，如Ag(InGa)Se₂(1.7eV)，CuGaSe₂(1.6eV)，CdSe(1.7eV)等，这些材料的能隙接近1.7eV，虽然前两者已经分别在日本的青山学院大学(Aoyama Gakuin University)和美国的NREL获得了9.3％(见Proceedings of the 2005 Spring MRS，2005)和10.2％(见Proceedings of the 31^stIEEE PVSEC，Lake Buena Vista，Florida，2005：299)的单结电池效率，但存在如下缺点：

1.这类三元或多元化合物制备困难，很难控制化学配比。

2.尤其足这类三元或多元化合物材料作为顶电池的吸收层，需得把不透明的背接触换成透明的背接触材料，如透明导电氧化物薄膜(TCO)，但制备的高温过程导致Ga₂O₃的形成及TCO中组分的缺失，严重影响器件的性能，从而使效率大大降低。

对于II-VI族化合物半导体材料CdSe，虽然能隙大小很适宜于制作顶电池，但材料本身吸收系数不高，因此，以CdSe作为吸收层的电池(简称CdSe电池)，其转换效率不高，如美国的南佛里达大学(University of South Florida)仅仅获得了1.9％的效率(见Proceedings of the 19^thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，Paris，France，2004：1651)。值得一提的是，美国的NREL采用II-VI族化合物半导体CdTe作为双结机械叠层电池中顶电池的吸收层，并采用CIS作为底电池的吸收层，获得了15.31％的叠层电池转换效率(见Prog Photovolt：Res Appl，2006，14：471)，但该结构也存在明显的不足。首先，CdTe作为顶电池的吸收层，其能隙偏小；其次，CdTe的功函数很高，很难与后面的金属直接形成欧姆接触，通常需加复杂的复合层形成透明背接触，如ZnTe:Cu/ITO、Cu_xTe/ITO。

发明内容

本发明的目的是为了消除上述不足或缺陷，进一步改进双结叠层薄膜太阳电池的结构设计，提出一种以AlSb作顶电池(简称AlSb顶电池)，而以CIS作底电池的AlSb/CIS双结叠层太阳电池结构，选择性地吸收和转化太阳光谱的不同波段的能量，从而获得更高的光电转换效率。