[发明专利]一种以金属微纳结构作为中间电极的级联太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联太阳能电池。

背景技术

随着能源危机的加重，发展可再生能源成了必然的趋势。其中太阳能由于其广泛的分布，得到了高度的关注。为使太阳能电池得到大规模的实际应用，最重要的就是提高太阳能电池效率。级联太阳能电池因其在提高总体功率效率上的优势得到了广泛的关注。级联太阳能电池由多个不同禁带宽度的半导体材料串联组成；其中宽禁带的半导体材料位于上层，吸收较短波长的光子，窄禁带的半导体材料位于下层，吸收较长波长的光子。级联太阳能电池可以同时兼顾大的开路电压和宽的吸收带宽，最大效率地利用宽谱的太阳光。级联太阳能电池中比较关键的问题在于上下层材料的选择，既要考虑到禁带大小，又要考虑晶格匹配的问题，串联的上下层之间也必须达到电流匹配。在串联的上下层之间，还需要一层隧道结，而在隧道结上的电压降及消耗的功率也不容忽视。

金属微纳结构被广泛地应用于薄膜太阳能电池中来增强薄膜材料中的光吸收。金属微纳结构中激发的表面等离激元，通过近场增强和强的散射作用，将光局域在较薄的薄膜太阳能电池吸收层中，可以在较小的体积内得到大的吸收效率。金属纳米颗粒中的局域表面等离激元和金属薄膜、金属光栅中的表面等离子体波都得到了大量的关注和应用。

金属微纳结构也被用于级联太阳能电池中来增强级联太阳能电池中的光吸收。如将级联太阳能电池底电极做成反射式金属光栅，或将金属纳米颗粒分散在电池内部。不过之前的报导都是利用金属微纳结构的局域场增强或强的散射作用；而利用金属微纳结构在不同波长处的选择性透过、反射，将金属微纳结构作为级联太阳能电池中间电极的，未见报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种以金属微纳结构作为中间电极的级联太阳能电池，以期可以提高整体的光吸收效率；避免上下层材料晶格匹配、电流匹配、隧道结等问题的影响，使得材料选择、结构设计可以更多样化自由化。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明以金属微纳结构作为中间电极的级联太阳能电池，其结构特点在于：所述级联太阳能电池包括上吸收层、下吸收层、金属微纳结构层及填充物，所述金属微纳结构层设置在上吸收层和下吸收层之间，所述填充物填充在金属微纳结构层的空隙中。

本发明级联太阳能电池，其结构特点在于：所述级联太阳能电池还包括上接触层和/或下接触层，所述上接触层设置在上吸收层和金属微纳结构层之间；所述下接触层设置在下吸收层和金属微纳结构层之间。

所述上吸收层和所述下吸收层之间的电学连接方式为串联或并联。

所述金属微纳结构层为金属打孔板(metallic hole-array)结构、金属光栅结构或颗粒阵列结构；所述金属微纳结构可以为周期或非周期排布的结构。

所述金属微纳结构层的尺寸（包括金属微纳结构层的厚度及横向尺寸，如金属微纳结构为金属打孔板时，包括孔的宽度和周期；如金属微纳结构为金属纳米颗粒阵列时，包括颗粒的直径和颗粒间的距离）为10nm到10μm；所述金属微纳结构层采用的材料为金、银、铂、铝、钨或铜。

所述上吸收层为单层半导体层或由多层半导体层叠加；

所述下吸收层为单层半导体层或由多层半导体层叠加。

所述上吸收层为薄膜材料或体块材料；

所述下吸收层为薄膜材料或体块材料。

所述上吸收层和下吸收层以非晶硅（a-Si）、微晶硅（μc-Si）、多晶硅（p-Si）、单晶硅（c-Si）、砷化镓（GaAs）、铝镓砷（GaAlAs）、磷化铟（InP）、硫化镉（CdS）、碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CuInSe₂）、铜铟镓硒(CuIn_xGa_(1-x)Se₂,CIGS)或poly(3-hexylthiophene)(P3HT)/6,6-phenyl C61-butyric acid methyl ester(PCBM)为材料。所述上吸收层和下吸收层材料不同。（上吸收层吸收短波光子、下吸收层吸收长波光子，因此上吸收层的材料的禁带宽度比下层禁带宽度更宽）

所述上接触层和所述下接触层以SiO₂、氧化铟锡（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）或氧化锌（ZnO）为材料；所述填充物以空气、SiO₂、氧化铟锡（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）或氧化锌（ZnO）为材料；

所述上接触层、所述下接触层和所述填充物三者的材料可以相同也可以不同。