[发明专利]一种高效薄膜光伏电池

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种高效薄膜光伏电池，属于光伏电池技术领域。

背景技术

随着环境压力和资源紧张日趋严重，人类对清洁、高效、低成本的可再生资源，尤其是太阳能关注度日益增加。目前光伏市场主导器件主要是硅基产品。通常是利用厚度为数百微米的基片，形成单一pn结实现光伏能量的转换，常见类型有pn同质结、pin同质结、pn异质结结构。在pn结处，依靠自建电场分离电子和空穴，形成电流。由于晶体硅的光吸收系数较低，电池很难做到200微米以下，材料消耗和成本较高。

为了解决硅基光伏电池的上述问题，近年来全球范围内开发出了新型的电池体系。目前研究比较广泛的有染料敏化太阳能电池（简称DSSC）、Cu-In-Ga-Se（CIGS）、CdS/CdTe等非硅基的体系。尽管在效率上有所提高，但是带来了新的问题。比如，DSSC电池的寿命往往受限于染料在电池里的稳定性，而DSSC中的催化剂往往会分解染料，一般认为DSSC的寿命小于5年；CIGS和CdS/CdTe体系的电池由于采用了稀有、昂贵、有毒元素，成本较高，环境危害大，回收困难。尽管在转换效率上有所提高，这些体系的推广应用尚存困难。

非晶硅有较高的光吸收系数，目前的薄膜电池主要是利用非晶硅的这一特点，采用p-i-n结构，电池厚度能够大幅度降低至微米量级。该类电池的特点是开路电压由pin结构中的p-n层自建电场决定，与i层无关，i层是载流子产生和输运通道。主要类型包括单节非晶薄膜电池、非晶-微晶叠层电池等多种结构。但是由于非晶硅带隙较宽（1.7eV），吸收波段相应会比晶体硅窄（400-750纳米）。同时由于非晶体硅缺陷密度较高，尤其是光照后缺陷密度进一步升高。另外，也有用非晶碳化硅替代非晶硅的薄膜电池，同样面临这些问题。因此非晶硅电池的效率较低。

传统硅基p-i-n薄膜电池已经在降低材料消耗、提高光吸收效率等方面取得积极效果。如何进一步规避非晶硅材料的带隙过宽、效率低的问题，是进一步提高其性能的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效薄膜光伏电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高效薄膜光伏电池，包括由p层、i层和n层构成的p-i-n结层，所述的p层、i层、n层中的任意层为硅化镁光吸收层。

优选的，所述的i层为硅化镁光吸收层；i层的厚度为1000～3000nm，载流子浓度为10¹²～10¹⁷cm^-3，优选载流子浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^-3。

所述的硅化镁为晶态或非晶态本征硅化镁，其结晶形态为非晶态、单晶外延薄膜、非晶态薄膜经退火形成的纳米柱状晶薄膜、粒状晶薄膜。

所述的n层为n型掺杂的晶态或非晶态硅；p层为p型掺杂的晶态或非晶态硅。硅的结晶形态为非晶态、单晶外延薄膜、非晶态薄膜经退火形成的纳米柱状晶薄膜、粒状晶薄膜。

所述的n层、p层的厚度分别为0.05～0.5微米，载流子浓度为10¹⁸～10²¹cm^-3。

优选的，一种高效薄膜光伏电池，所述的n层的厚度为100nm，载流子浓度为5×10¹⁸cm^-3；所述的i层的厚度为2000nm，载流子浓度为1×10¹⁴cm^-3；所述的p层的厚度为50nm，载流子浓度为5×10¹⁸cm^-3。

所述的高效薄膜光伏电池还包括顶电极层和背电极层。

所述的顶电极层由n型透明导电氧化物构成，透明导电氧化物可以为经过减反处理的F掺杂SnO₂或Al掺杂的ZnO，或铟锡氧化物。

所述的背电极层即背欧姆接触电极层，可以采用银金属电极、铝金属电极或Al掺杂的氧化锌电极。

本发明光伏电池中p-i-n结层的结构顺序可变换，如pin、nip、ppn、pnn、npp、nnp等多种类型，且各层厚度的变化不会引起电池性能的改变。