[实用新型]一种硅基埋栅三电极薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术，尤其涉及一种硅基埋栅三电极薄膜太阳能电池的结构。

背景技术

光子、电子和声子都是能量的载体。太阳能电池作为光电能量转换器件，主要是光子和电子之间相互交换能量，同时有声子参与这个交换过程。这种能量的相互作用主要发生在太阳电池材料表面数微米的范围内，这为制造薄膜太阳电池提供了物理基础。

由于太阳光具有弥散性，为了获得数百瓦的电功率，往往需要数平方米的太阳电池器件。为了降低成本，发展大面积微米量级的薄膜太阳电池十分必要。薄膜太阳电池的基本工作原理是利用半导体材料构成的PN 结，光照在太阳能电池内产生电子- 空穴对，经过PN 结电场作用，通过电极引出形成光电流。与多晶硅及单晶硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池的转换效率较低，这与构成薄膜太阳能电池的材料为非晶硅材料有关。非晶硅材料中的缺陷密度大，导致光生载流子在薄膜中的复合率高，从而降低了电池的转换效率。但是，由于薄膜太阳能电池的生产成本低，可以淀积在各种类型的衬底甚至可用柔性衬底，薄膜太阳能电池具有了性价比高的特点，成为了继晶体硅太阳能电池后的第二代太阳能电池。

现在人们生产的主流薄膜太阳能电池的结构如图1 所示，从上而下分别为：透明顶电极、底电极、P 型非晶硅 和N 型非晶硅 及绝缘衬底 组成。P 型非晶硅 和N 型非晶硅 叠合连接，在叠合处构成一个PN 结，顶电极 和底电极 分别置于P 型非晶硅上端面和N 型非晶硅 下端面，最终形成一单结非晶硅薄膜太阳能电池。目前主流工业化薄膜太阳能电池的转换效率大约为7%-10%，由于非晶硅薄膜材料性能提高十分困难，为了进一步提高薄膜太阳能电池的转换效率，设计新型薄膜电池结构显得十分重要。

申请人申请的中国发明专利CN201110219044.X,所示的薄膜电池结构较好的解决了上述困难,如图2所示。但是其对电流的收集能力并不十分理想。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有较高太阳能转换效率的硅基薄膜太阳能电池，其在实用新型专利CN201110219044.X中的电池结构基础之上增加一层顶电极,并在组件制备时将其与底电极进行连接，提高了对电流的收集能力。

上述目的由下述技术方案来实现：本实用新型提供的硅基埋栅三电极薄膜太阳能电池，包括一顶电极、一与衬底连接的底电极、一薄膜中电极、P型硅薄膜和N型硅薄膜，其中所述薄膜中电极被N型硅薄膜所包裹，顶电极覆盖于所述P型薄膜上，所述P型硅薄膜包裹在N型硅薄膜的周围，在P型硅薄膜与N型硅薄膜的结合面上形成闭合环状的PN结，所述底电极与N型硅薄膜连接。

所述太阳能电池结构的进一步设计在于，顶电极与底电极连接；电池薄膜中电极与顶电极和底电极共同构成电池的两极。

所述太阳能电池的进一步设计在于，所述P型硅薄膜和N型硅薄膜的为非晶硅或多晶硅薄膜。

所述太阳能电池的进一步设计在于，所述顶电极为掺氟氧化锌或氧化铟硒透明材料制成的电极，所述薄膜中电极和底电极为铝或银材料制成的电极，或掺氟氧化锌或氧化铟硒透明材料制成的电极。

所述太阳能电池结构的进一步设计在于，所述P型杂质的重掺杂所形成的P-硅薄膜层，其硅薄膜中掺杂磷元素P的浓度达10¹³～10¹⁵，所述P型杂质的掺杂所形成的P+硅薄膜层，硅薄膜中掺杂磷元素P的浓度达10¹⁷～10¹⁹，所述N型杂质的重掺杂所形成的N-硅薄膜层，硅薄膜中掺杂氮元素N的浓度达10¹³～10¹⁵，所述N型杂质的掺杂所形成的N硅薄膜层，是指硅薄膜中掺杂氮元素N的浓度达10¹⁷～10¹⁹。

本实用新型的薄膜太阳能电池与现有的薄膜太阳能电池相比，电池的顶电极与底电极连接，提高电池对电流的收集能力；电池的薄膜中电极位于N型薄膜区内，N型硅薄膜被P型硅薄膜所包裹，形成一个闭合环状的PN结，该闭合环形的PN结与底电极平行的上下两面都可以接受光的辐射，提高了太阳能电池的受光面积，从而提高了电池的光电转换效率。

本实用新型的薄膜中电极可以使用铝和银等金属材料，而不局限于主流薄膜太阳能电池的透明电极，可以减小电池电极的制作难度，提高电池电极的导电性。顶电极材料必须为掺氟氧化锌或氧化铟硒透明电极材料。

本实用新型的叠层太阳能电池的制备工艺与现有薄膜电池生产工艺兼容，可利用现有设备进行生产，产品更新换代所需投入的设备成本极低。

附图说明