[实用新型]一种锑化铝透明薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本实用新型属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计，特别涉及一种透明薄膜太阳电池。

背景技术

与晶体太阳电池相比较，薄膜太阳电池的少数载流子寿命很短，因而，限制了薄膜太阳电池获得较高的理论转换效率。但是，采用电流或电压匹配的叠层电池，在考虑了顶电池各薄层实际光学损失的条件下，当双结叠层薄膜太阳电池的顶电池和底电池吸收层的能隙分别为～1.7eV和～1.1eV时，这种双结叠层电池可以获得28％的理论转换效率(见Proceedings of the12^th Photovoltaic Science and Engineering Conference，Cheju Island，Korea，2001：277)，大大超过了目前单结薄膜太阳电池的效率。

在高效双结叠层薄膜太阳电池的制作过程中，其中一项挑战性的工作就是研制出效率高和对底电池带隙光透明的透明顶电池。所谓对底电池带隙光透明，指的是太阳光通过顶电池后在近红外波段仍有较高的透过率，可以被底电池吸收利用。

由于透明顶电池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-VI₂和II-VI族化合物半导体材料中，如Ag(InGa)Se₂(1.7eV)，CuGaSe₂(1.6eV)，CdTe(1.44eV)等，对于I-III-VI₂族材料，虽然其能隙接近1.7eV，但存在如下缺点：三元或多元化合物制备困难，很难控制化学配比；当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)，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。另外，这类材料在价带上0.8～0.9eV存在缺陷态能级或能带，当调控I-III-VI₂族材料的能隙时，这类复合中心会随能隙的增大而接近带隙的中心，严重缩短少数载流子寿命。对于II-VI族化合物半导体材料CdTe，尽管已经获得了16.5％的单结薄膜太阳电池的转换效率(见Proceedings of the 17^thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，Munich，Germany，2001：22)，但CdTe作为顶电池，其能隙(～1.44eV)偏小。虽然采用掺杂(如掺Zn、Mn等)处理可以使能隙接近理想顶电池吸收层的能隙(～1.7eV)，但是，这种材料在经过CdCl₂后处理后，容易导致材料的化学配比失衡。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

本实用新型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中透明顶电池的结构设计，提出一种以AlSb作吸收层，以单壁碳纳米管(CNT)涂层作透明导电背接触层的透明薄膜太阳电池。

为实现本实用新型目的，本实用新型的技术方案是：在硼硅或铝硅玻璃衬底上沉积透明导电膜Cd₂SnO₄(CZT)，然后沉积缓冲层ZnSnO_x(ZTO)，接着沉积n型窗口层CdS和p型吸收层AlSb，随后沉积单壁碳纳米管涂层(p型)作为透明导电背接触，最后沉积Ni/Al栅线以及MgF₂减反层。本实用新型中所说的透明导电背接触指的是，太阳光照射到电池上后，在800～1500nm波段范围的光，仍然以较高的透过率通过背接触。

AlSb薄膜室温下的能隙～1.65eV(接近理想高效双结叠层薄膜太阳电池顶电池的能隙)，其功函数～3.65eV，虽然AlSb是一种间接能隙的半导体材料，但在光子能量＞1.65eV时，其吸收系数＞10⁴/cm，因此，AlSb可以获得较高的理论转换效率(～27％)。而采用p型单壁碳纳米管涂层作为透明背接触，可使p型AlSb吸收层的耗尽区变宽，提高薄膜太阳电池的光电转换效率。同时，对波长＞800nm的太阳光有较高的透过率，可被叠层电池中的底电池有效利用，因此，这种透明电池对叠层电池的研制具有重要意义。

附图说明

图1为AlSb透明薄膜太阳电池的结构示意图。

图2为单壁碳纳米管(CNT)涂层的透过率曲线。