[发明专利]薄膜光伏板和其光电转换单元

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜光伏板和其光电转换单元。

背景技术

随着人们对清洁、安全、持续、可靠的能源需求的增加，光伏(photovoltaic，PV)器件正在迅速扩大其在能源和产业技术开发方面的应用。氢化非晶硅(a-Si)薄膜及其具有各种光能带隙的非晶硅合金作为光电转换材料，已成为商业化生产光伏材料的一个相对成熟的分支。基于氢化非晶硅的薄膜光伏材料的光学带隙相对较宽，具有较好的光学透明度，而且具有成本低、覆盖面积大等特点，因此这种材料能够与诸如窗口、屋顶、建筑物外立面或墙面等建材相结合，特别适合制作光伏建筑一体化(building integrated photovoltaics，BIPV)的建筑构件(以下简称BIPV薄膜光伏板)，使人们方便地使用可独立于电网的电能。

在制作BIPV薄膜光伏板时，玻璃是一种流行的选择。玻璃是现代都市建筑物的窗户、屋顶以及外立面或墙面的主要材料，而且其化学性质稳定、耐用。BIPV薄膜光伏板必须能够常时间经受各种气候条件的考验，因此，以玻璃为基板的BIPV薄膜光伏板产品因其具有发电和建筑材料的双重功效而备受瞩目。典型的BIPV薄膜光伏板的结构如图1所示，包括一个玻璃基板10，一个透明导电氧化物(TCO)薄膜制的前电极20，包含p-i-n型结构的光电转换单元100，其中，p层110和n层130在非掺杂的本征i层120(光吸收层)中建立一个内置电场，从而使光致载流子被有效的收集。一个透明导电氧化物(如氧化锌)背电极30，通常与另外一个金属膜(图中未示出)一起来收集和传输光电流。上述各层和另外一层玻璃背板40组合，使所有薄膜夹在两层玻璃片之间，从而具有抵抗各种天气自然力侵扰的优良性能。

p-i-n型光电转换单元100中只有i层120中产生的光致载流子(电子和空穴)可以被分离提取出来用作光电能量转换，i层120的厚度很大程度上决定着能有多少光可以被吸收并转化成电能。因此作为光吸收层的非晶硅本征i层120必须具有足够的厚度(大于50纳米)，低于这个厚度，太阳能电池效率将会非常低。但如果i层120过厚，BIPV薄膜光伏板的透明度将下降，甚至于没有多少可见光能够通过，这便失去了作为玻璃窗或天花板的功用，而且过厚的i层会随着光照时间的增加出现严重的光致衰退效应(Staebler-Wronski effect)。因此作为透光型建筑材料的BIPV薄膜光伏板的i层不能过厚，其厚度通常要求不超过350纳米。对于大批量生产p-i-n型非晶硅BIPV薄膜光伏板而言，较薄的i层恰好能够适应这一需要。但是在沉积如此薄的非晶硅本征i层的过程中，薄膜中会出现针孔和明显的几何缺陷，这使大面积(例如1平方米左右)BIPV薄膜光伏模块中的分流(shunt)和短路(泄漏电流)现象不可避免，严重影响BIPV薄膜光伏板的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电转换单元和包含该光电转换单元的薄膜光伏板，能够在保证薄膜光伏板透明度的前提下抑制分流和短路现象，提高薄膜光伏板的光电转换效率。

根据本发明，提供了一种薄膜光伏板，至少包括玻璃基板、透明导电前电极、透明导电背电极和玻璃背板，在所述透明导电前电极和透明导电背电极之间包括具有分流抑制层的光电转换单元。

可选的，所述光电转换单元为p-i-n-″i″-n型结构，依次包括非晶硅p层、本征非晶硅i层、第一非晶硅n层，作为分流抑制层的虚拟i层，和第二非晶硅n层。

可选的，所述光电转换单元依次包括非晶硅p层、本征非晶硅i层、第一非晶硅n层，分流抑制层和第二非晶硅n层。

所述分流抑制层为复数个虚拟i层和复数个n型宽带隙非晶硅合金层间隔层叠在一起的叠层结构。

所述虚拟i层的材料包括非掺杂或微掺杂的宽带隙非晶硅合金。

可选的，所述非晶硅合金包括非晶硅碳、非晶硅氧、非晶硅氮、氟化非晶硅、非晶硅碳氧合金中的一种。

可选的，所述非晶硅合金的暗电阻率包括10⁵欧姆·厘米～10¹⁰欧姆·厘米的范围，厚度包括10～200纳米的范围。

本发明还提供了一种光电转换单元，所述光电转换单元为p-i-n-″i″-n型结构，依次包括非晶硅p层、本征非晶硅i层、第一非晶硅n层，作为分流抑制层的虚拟i层，和第二非晶硅n层。

所述虚拟i层的材料包括非掺杂或微掺杂的宽带隙非晶硅合金。

本发明还提供了另一种光电转换单元，所述光电转换单元依次包括非晶硅p层、本征非晶硅i层、第一非晶硅n层，分流抑制层和第二非晶硅n层。