[发明专利]一种可调带隙三节薄膜太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调带隙三节薄膜太阳能电池及制作方法，具体而言，采用三层不同带隙宽度的材料作为光学吸收层，调节中间第二节电池吸收层Ge_xSi_1-x(x＝0～0.2)材料的Ge、Si比例，从而分裂为多个不同相近带隙，以透明导电膜(简称TCO)为正电极材料，氧化锌铝(AZO)和银(Ag)为负极材料，以玻璃为透光层。属于先进太阳能电池领域。

背景技术

硅材料是目前晶体太阳电池的主导材料，成品晶体硅太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40％，而非晶硅薄膜太阳电池的Si薄膜厚度不到2μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，随着Si原材料价格的不断攀升，晶体Si太阳能电池越来越受到价格成本的制约；另一方面，由于非晶硅太阳电池的制造温度很低、易于实现大面积成膜、生产成本低等优点，薄膜太阳能电池越来越受到工业界的欢迎。

现已大规模产业化的常规型薄膜太阳能电池多采用单节或双节，以非晶Si/微晶Si结构最为常见，如南开大学薛俊明等已在“薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池的研究”一文(太阳能学报2005年4月第26卷第2期，第166页)中对如何制作两节叠层电池作了相关报道，Kaneka公司双节非晶硅/非晶锗硅结构，但所用锗硅为固定带隙材料，转换效率为7-8％。目前常规薄膜太阳能电池多以一元非晶或微晶Si为吸收层，带隙固定，光电转换效率的产业化水平多般在6％左右，实验室水平多般为8～10％左右。三节结构也少有报道，例如美国Uni-solar公司推出了基于不锈钢片衬底的非晶硅/非晶锗硅/微晶硅结构，采用固定带隙材料为吸收层，效率仅为6％。其中非晶Si带隙固定为1.8eV，由于SiC带隙可调(通过调节H的含量)特点(1.9～2.5eV)，采用SiC替代非晶硅，有望提高三节电池的光吸收，从而提高光电转换效率。

由于不同材料带隙对应不同的光子吸收波长，而只有与带隙对应波长的光才能被吸收，因此，增加多带隙有利于吸收太阳光中不同波段的光能。具体而言，采用多种手段在光入射方向增加不同带隙吸收层，或吸收层带隙分裂，将有利于光子吸收，从而大大提高光电转换效率，降低薄膜太阳能电池的制造成本。本发明正是基于这样的构思。本发明选用可调带隙二元半导体材料Ge_xSi_1-x作为第二节薄膜电池吸收层，采用如图1所示的glass/TCO/P1I1N1/P2I2N2/P3I3N3/AZO/Ag三节串连结构，分别对不同波段光子进行充分吸收，从而提高电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调带隙三节薄膜太阳能电池及其制作方法。所述的一种可调带隙三节薄膜太阳能电池，以玻璃为衬底，采用在光入射方向上带隙宽度依次减小的三层材料作为吸收层，具体地说顶层(第一节)为非晶碳化硅SiC薄膜，中间电池(第二节)为可调带隙的非晶锗硅薄膜，底层(第三节)为微晶硅薄膜，三节电池按照图1顺序串联，氧化锌铝(AZO)和银(Ag)为导电负极材料。光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和银薄膜引出，其结构如图1所示，可表示为glass/TCO/P1I1N1/P2I2N2/P3I3N3/AZO/Ag，第一层为透明导电膜(TCO)，第二层P1为p型非晶碳化硅(p-α-SiC)，第三层I1为i型非晶碳化硅(i-α-SiC，带隙为1.9～2.5eV)，第四层N1为n型非晶碳化硅(n-α-SiC)，第五层P2为p型非晶锗硅(p-α-GeSi)，第六层I2为i型非晶锗硅(i-α-Ge_xSi_1-x，x＝0～20％)，第七层N2为n型非晶锗硅(n-α-GeSi)，第八层P3为p型非晶硅(p-α-Si)，第九层I3为i型微晶硅(i-μ-Si)，第十层N3为n型非晶硅(n-α-Si)，第十一层AZO为氧化锌铝，第十二层为银Ag。

本发明采用非晶锗硅(a-GeSi)为第二节为太阳电池，其特征在于用PECVD方法依次沉积p型、i型、n型三层a-GeSi，通过调节其中i层Ge_xSi_1-x薄膜材料Ge、Si成分比例来调节其带隙。所用GeH₄和SiH₄流量比例y调节范围为0～25％，Ge_xSi_1-x层厚400nm，如图3。