[发明专利]一种光子晶体非晶硅薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及非晶硅薄膜太阳电池，特别是一种光子晶体非晶硅薄膜太阳电池。

背景技术

太阳能是用之不竭的可再生能源，对环境保护具有十分重要的意义，太阳能的有效利用已成为人类的共识。太阳能的利用，尤其是光伏发电技术，是最有希望的可再生能源技术。非晶硅薄膜太阳电池有着耗能低、原材料丰富无污染、易于大面积生产等优点，已经实现产业化，产品广泛应用于地面光伏电站、光伏建筑一体化、屋顶电站等领域。

非晶硅薄膜太阳电池太阳光谱吸收范围为400-750nm。单结非晶硅电池厚度在200-400nm之间，在这个厚度范围之内，太阳光谱中只有小于500nm的光才能被电池吸收殆尽，而介于500-750nm的光将不能被电池完全吸收，有一部分从电池中透过造成损失，使得电池效率下降。为了提高效率，实验室中通常在电池背后沉积Ag作为背电极，将到达电池底部的光反射回电池内部，增加电池吸收，从而提高效率。Ag背电极具有反射率高、导电性好的优点，其在非晶硅电池光谱吸收范围内的平均反射率高达95%以上。但Ag是贵重金属，若在产业化生产中使用Ag，将大幅提升生产成本。为此，在产业化生产中，通常采用成本较低的Al或不锈钢衬底替代Ag作为背电极。但Al和不锈钢的反射率不及Ag。此外，Ag、Al和不锈钢都是金属，当将金属材料用作薄膜太阳电池的背电极时，还会引入以下问题：首先，Ag、Al和不锈钢表面不平整，而非晶硅薄膜太阳电池本征层很薄，很容易将本征层穿透，造成p型层和n型层短路，漏电流增加，电池开压下降，效率降低；其次，金属表面存在等离子激元共振吸收，到达背电极界面的光会损失3-8%，这对带边吸收的影响尤其重要；此外，在长时间的使用中，金属离子会扩散到电池内部，破坏电池性能，造成电池稳定性下降；最后，沉积金属材料所需设备与非晶硅薄膜工艺不兼容，需要额外的PVD沉积设备，造成厂房面积和投资增加，同时工艺时间延长，产能下降。以上存在问题皆不利于在产业化生产中提高电池效率、提升稳定性和降低成本。

近年来，光子晶体由于其具有优越的光学性能而引起广泛关注。光子晶体诞生于1987年，是由不同介电常数的介质材料，在空间按照一定周期排列形成的晶体，目的是使人们能够像利用半导体禁带控制电子一样，利用光子禁带控制光子的流动。按照在空间排列的维数不同，光子晶体可以分为一维、二维和三维。一维光子晶体是由两种不同介电常数的介质材料，在某个方向上周期性堆叠形成，其特性是在电介质界面上会出现布拉格散射、产生光子禁带、能量落在禁带中的光不能传播。例如，若一维光子晶体禁带范围在500-750nm，那么此波段的光在光子晶体内不能传播，意味着在光子晶体表面会产生接近100%的反射。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种光子晶体非晶硅薄膜太阳电池，该薄膜太阳电池在不降低甚至提高电池效率的同时，提升电池稳定性，降低原材料、设备和生产成本，提升产能。

本发明的技术方案：

一种光子晶体非晶硅薄膜太阳电池，由衬底、一维光子晶体背反射器、背电极、n型氢化非晶硅、本征氢化非晶硅、p型氢化非晶硅和前电极组成叠层结构，其中一维光子晶体背反射器是由低折射率介质和高折射率介质周期性交叠构成，周期数大于等于两个整数周期，背电极和前电极为高透过、高电导、低吸收的透明导电膜并作为电流引出电极。

所述衬底为玻璃、不锈钢或塑料。

所述一维光子晶体背反射器中的低折射率介质为氧化硅膜，氧化硅膜采用RF-PECVD制备，气源采用硅烷、氢气和二氧化碳，折射率为1.4-2.0，厚度为50-500nm；高折射率介质为与硅基薄膜工艺兼容的氢化非晶硅膜，氢化非晶硅膜同样采用RF-PECVD制备，气源采用硅烷和氢气，折射率为3.0-5.0，厚度为10-100nm。

所述透明导电膜为掺铝氧化锌膜或氧化铟锡膜。

所述本征氢化非晶硅厚度为200-400nm。

一种所述光子晶体非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，步骤如下：

1）在衬底上首先沉积低折射率介质膜，然后沉积高折射率介质膜，作为一个周期；

2）继续沉积后续周期的上述介质膜，形成一维光子晶体；

3）在一维光子晶体上沉积透明导电膜，作为背电极，即负极，引出电流；

4）在透明导电膜上沉积非晶硅薄膜太阳电池；

5）在电池上沉积透明导电膜，作为前电极，即正极，引出电流。

本发明的有益效果是：