[发明专利]一种非晶/微晶硅叠层太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶/微晶硅叠层太阳能电池。

背景技术

发展高效太阳能电池需要保证电池在宽光谱内具有良好的光吸收，同时在光电转换过程中具有较低的热损失，基于上述要求发展出了多结太阳能电池。与单结薄膜电池相比，叠层多结薄膜太阳能电池因具有较高的转化效率越来越被人们重视和应用，理论和实验都证明了硅薄膜叠层结构的电池能实现较高的转换效率。但与块状的单晶体硅电池相比，目前的硅薄膜叠层结构的转换效率还是偏低，如何进一步提高叠层薄膜太阳能电池的转化效率成为研究的热点。对于非晶/微晶硅薄膜叠层太阳能电池，由于非晶硅层对应的少子寿命较短，且厚的非晶硅层存在明显的光致衰退效应，故其厚度一般在150～350nm之间，而微晶硅具有较高的少子寿命，为充分吸收入射光，其厚度可以在数μm或更大。然而，对于多结串联电池，其短路电流等于电流密度最小一结电池所对应值，即在非晶/微晶叠层太阳能电池中微晶的厚度不用太大，一般在1.5～3μm之间。

如何提高有限体积的非晶硅层的光吸收成为了提高非晶/微晶硅叠层太阳能电池转换效率的关键。在非晶/微晶硅叠层结构内引入中间反射层成为了一种提高电池转化效率的技术手段，中国专利(申请号：201010045857.7)《一种具有中间掺杂层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池及其制造方法》在非晶硅的n型层和微晶硅的p型层中间沉积了n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H的掺杂中间层，该电池利用ZnO:Al的重掺杂n⁺型半导体特征及其良好的导电性和陷光作用，做成n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H薄膜结构的重掺杂n⁺p⁺隧道结，既能提高光生载流子收集效率问题，又能实现叠层电池内部陷光，提高电池对入射光的吸收效率。中国专利(申请号：201110288177.2)《利用二氧化硅中间层制作高效率双结硅薄膜太阳能电池》和中国专利(申请号：201110282533.X)《新型中间层金属氧化物制作高效率双结硅薄膜太阳能电池》则在顶层硅薄膜与底层硅薄膜之间分别引入二氧化硅和金属氧化物层，以反射透过顶层电池的太阳光而再次被顶层硅薄膜吸收，最终增加顶层电池的光吸收。然而这些专利所采用的中间层都不具有光波选择性，因此无论是对非晶硅有效的短波(800nm以下)还是对微晶硅有效而对非晶硅无效的长波(800nm以上)都被反射了，容易造成微晶硅的光吸收不足，从而不利于提高叠层太阳能电池的最终转换效率。

将中间反射层调制成选择性反射层是一种有效提高非晶/微晶硅叠层太阳能电池转换效率的办法。中国专利(申请号：201220416451.X)《一种非晶/微晶硅叠层薄膜太阳能电池》在顶电池的本征层和n型层之间设有一维光子晶体结构的中间反射层，该反射层对不同光波进行选择性的反射，即短波被反射，长波透过，增大非晶硅光吸收的同时而不明显影响微晶硅的光吸收。然而，入射光在该叠层结构表面的整体反射偏高，导致非晶硅层光吸收的提高幅度有限。

发明内容

本发明目的是：针对上述存在的不足，对非晶/微晶硅薄膜叠层电池进行结构改进，即在纳米光栅结构化的非晶硅薄膜层与微晶硅薄膜层之间引入具有波长选择性反射/透射功能的选择性反射层，使得整个电池结构具有光减反效应，结合选择性反射层的作用能较大幅度地提高非晶硅薄膜层的光吸收，同时保证微晶硅薄膜层具有充足的光吸收(即微晶硅薄膜层产生的光电流密度不小于非晶硅薄膜层产生的光电流密度)，以此来提高非晶/微晶硅叠层太阳能电池的转换效率。

本发明的技术方案是：一种非晶/微晶硅叠层太阳能电池，包括玻璃基底，及依次叠置其上作为前电极的前透明导电层、顶电池、中间反射层、作为底电池的微晶硅薄膜层、作为背电极的背透明导电层和背反射层，其特征在于所述顶电池采用纳米光栅结构化的非晶硅薄膜层，并且所述纳米光栅结构间隙内填充有透明绝缘层，而所述中间反射层为类光子晶体结构化且具有波长选择性反射/透射功能的选择性反射层；所述类光子晶体结构是指将两种不同折射率的介质按准周期性交替排列而成的光子晶体结构，所述准周期性是指介质绝大部分层的排列呈周期性，只在靠近整个晶体表面的n层介质的尺寸逐渐减小(尺寸减小的介质可以是两种中的一种，也可以两种都减小)，n＜N/10，N为类光子晶体结构的总层数。

类光子晶体结构的周期数即指对应的尺寸。尺寸的减小，可以是两种介质中的任一种或两种都减小。总之就是在靠近整个晶体表面的介质，其厚度不再是周期性的而有逐渐减小趋势。