[发明专利]一种多层薄膜太阳能电池及其薄膜厚度设计方法

说明书

本发明公开了一种多层薄膜太阳能电池及其薄膜厚度设计方法，多层薄膜太阳能电池的材料及结构依次为：氧化铟锡ITO为材料的增透膜→二氧化硅SiO₂为材料的第一中间层→非晶硅aSi为材料的吸收层→氧化铝Al₂O₃为材料的第二中间层→铝Al为材料的金属层。按照外部量子效率计算公式，由模拟退火算法设计多层薄膜太阳能电池各层薄膜厚度，本发明设计的多层薄膜太阳能电池提高了太阳能电池的外部量子效率以及器件的稳定性。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，更进一步涉及半导体器件技术领域中的一种多层薄膜太阳能电池及其薄膜厚度设计方法。本发明的多层薄膜太阳能电池可用于太阳能的光电转化。

背景技术

多层薄膜太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，其具有成本低，易于制备，结构稳定性高等优点，近几年多层薄膜太阳能电池在电池转化效率和薄膜结构上都有了迅速进步和发展，但目前多层薄膜太阳能电池中硅的光电转换外部量子效率仍然不够理想。

Hajimirza Shima等作者在其发表的论文“Design and Analysis of SpectrallySelective Patterned Thin-Film Cells”(International Journal of Thermophysics，vol.10，pp.1930-1952,2013)中公开了一种以三维矩形金属(银)纳米粒子的光栅周期晶格作为表面的非晶态硅(asi)薄膜太阳能电池。该太阳能电池结构为：透明导电衬底-电子传输层-金属周期型晶格表面电极层，该太阳能电池提高了硅的吸收强度，但是，该太阳能电池仍然存在的不足之处是，太阳能电池表面周期型晶格结构制造麻烦，太阳能电池的光电转换效率低。

北京科技大学在其申请的专利文献“一种钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法”(申请号：CN201910120549申请公开号：CN 109742241A)中公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池。该太阳能电池结构为：透明导电衬底-电子传输层-钙钛矿吸光层-空穴传输层-金属对电极层，该太阳能电池结构提高了电子迁移率，但是，该太阳能电池仍然存在的不足之处是，钙钛矿材料作为吸收层存在着温度稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出了一种多层薄膜太阳能电池及其薄膜厚度设计方法。

实现本发明目的的具体思路是，设计太阳能电池的结构及材料，使用模拟退火算法得出使太阳能电池外部量子效率最大的薄膜厚度。

本发明设计多层薄膜太阳能电池的结构包括增透膜、吸收层、金属层，在增透膜和吸收层之间设置的第一中间层以及在吸收层和金属层之间设置的第二中间层成多层薄膜太阳能电池，其结构依次为：增透膜→第一中间层→吸收层→第二中间层→金属层。各层薄膜材料依次为：增透膜材料为氧化铟锡ITO，第一中间层材料为二氧化硅SiO₂，吸收层材料为非晶硅aSi，第二中间层材料为氧化铝Al₂O₃，金属层材料为铝Al，随机选择两个起始点进行搜索，使用模拟退火算法得出使外部量子效率最大的薄膜厚度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

第一，由于本发明在增透膜与吸收层之间添加了第一中间层，在吸收层与金属层之间添加了第二中间层，第一中间层可以平衡增透膜与吸收层之间的折射率，第二中间层可以平衡吸收层与金属层之间的折射率，克服了现有技术存在太阳能电池光电转换效率低的问题，使得本发明增强了太阳能电池薄膜对光的吸收率。

第二，由于本发明使用非晶硅aSi作为吸收层的材料，解决了现有技术中以钙钛矿作为吸收层其致密性不高导致制备的太阳能电池的稳定性差的问题，使得本发明提升了器件性能的稳定性。

附图说明

图1为多层薄膜太阳能电池结构示意图。

具体实施方式