[发明专利]一种全谱域叠层硅基薄膜太阳电池

说明书

【技术领域】

本发明涉及硅基薄膜太阳能电池的结构设计，特别是一种全谱域叠层硅基薄膜太阳电池。

【技术背景】

硅基薄膜太阳电池具有制造工艺简单、便于大面积连续化生产、节省原材料等优势，目前已逐步走向产业化。为了扩展太阳光谱的响应范围、提高电池的光电转换效率和稳定性，目前普遍采用具有不同带隙本征吸收层的多结叠层电池结构，首层、第二层和后续层具有递减的带隙，每一层吸收的太阳光谱波长则不断递增。比较常见的有非晶硅-微晶硅双结叠层、非晶硅-非晶硅锗-非晶硅锗和非晶硅-非晶硅锗-微晶硅三结叠层结构等。在上述结构中，均采用窄带隙的微晶硅或者非晶硅锗材料作为底层电池，吸收太阳光谱中的长波部分。

但是，无论是微晶硅材料还是非晶硅锗(锗含量为100％时，即为非晶锗材料)，其最低理论带隙均为1.1eV，因而无法吸收太阳光谱中波长大于1100nm的光子，造成一定的光损失，限制了电池光电转换效率的进一步提高。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种全谱域叠层硅基薄膜太阳电池，该太阳电池结构新颖，能够拓展近红外区域的太阳电池光谱响应，最大限度地利用太阳光谱，并且实现了叠层电池的最佳电流匹配，提高太阳电池效率。

本发明的技术方案：

一种全谱域叠层硅基薄膜太阳电池，由三个硅基薄膜太阳电池叠加沉积在衬底上制成，其中第一个p-i-n是宽带隙硅基薄膜电池，薄膜材料为非晶硅、纳米晶硅、非晶硅碳或非晶硅氧，带隙为(1.7～2.0)eV、厚度为(100～250)nm，第二个p-i-n电池是中间带隙硅基薄膜太阳电池，薄膜材料为非晶硅锗或微晶硅，带隙为(1.1～1.6)eV、厚度为(200～2000)nm，第三个p-i-n电池是窄带隙硅基薄膜太阳电池，其采用硅、锗合金型窄带隙材料作为吸收层，其中结晶成分占全部材料的体积百分比为30％～80％；带隙为(0.66～1.1)eV、厚度为(1000～3000)nm。

所述硅、锗合金型窄带隙材料的制备方法为高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)、甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)或等离子体辅助反应热化学气相沉积法。

所述三个硅基薄膜太阳电池叠加沉积在衬底上的顺序为：当衬底为玻璃或透明塑料时，薄膜电池的沉积顺序为第一个p-i-n是宽带隙硅基薄膜电池、第二个p-i-n电池是中间带隙硅基薄膜太阳电池和第三个p-i-n电池是窄带隙硅基薄膜太阳电池；当衬底为不锈钢或不透明塑料时，薄膜电池的沉积顺序相反。

本发明的工作原理：第三个p-i-n电池采用窄带隙材料作为多结叠层电池的底电池吸收层，该材料是具有一定程度结晶的硅、锗合金本征吸收层，结晶成分占全部材料的比例为30％～80％，我们称之为微晶硅锗材料，通过调整材料中的锗含量，获得带隙宽度小于1.1eV的窄带隙材料，并且可以获得理论极限值为0.66eV的微晶锗材料，利用这种带隙小于1.1eV的新型窄带隙材料，进一步吸收太阳光谱中波长大于1100nm的近红外区域。本发明特别涉及一种硅、锗合金型窄带隙本征层，该本征层几乎可以吸收全部的太阳光谱，使硅基薄膜太阳电池光谱响应扩展至近红外区域，从而提高太阳电池的光电转换效率。

本发明的有益效果是：该太阳电池结构新颖，采用窄带隙材料作为多结叠层电池的底电池吸收层，通过与其它硅基薄膜合金材料的组合，使不同吸收层材料的带隙为2.0eV～0.66eV，可以实现叠层电池的电流最佳匹配，拓展了硅基薄膜太阳电池在近红外区域的光谱响应，实现硅基薄膜电池对太阳光谱300nm～1800nm的全谱域响应，更加充分地利用了太阳光谱，提高了电池的光电转换效率。

【附图说明】

图1是衬底为透明玻璃的全谱域叠层硅基薄膜太阳电池结构示意图。

图2是衬底为不锈钢的全谱域叠层硅基薄膜太阳电池结构示意图。

图中：1.衬底    2.前电极      3.宽带隙电池的p型掺杂层p1

4.宽带隙本征吸收层i1          5.宽带隙电池的n型掺杂层n1

6.中间带隙电池的p型掺杂层p2   7.中间带隙本征吸收层i2

8.中间带隙电池的n型掺杂层n2   9.窄带隙电池的p型掺杂层p3

10.窄带隙本征吸收层i3    11.窄带隙电池的n型掺杂层n3    12.背电极

【具体实施方式】

实施例1：