一种叠层薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种叠层薄膜太阳能电池，包括衬底和依次设置于衬底上的背电极、底电池、顶电池和窗口层，底电池和顶电池之间设有隧道结，隧道结包括n+型半导体层和p+型半导体层，n+型半导体层与底电池的n型半导体层接触，p+型半导体层与顶电池的p型半导体层接触；同时还提供了上述结构的制备方法，本发明专利技术在底电池和顶电池间利用隧道结的形式连接，实现两电池间的导电连接，相对机械叠层的方式更便于调节光学透过和电阻率。同时，本发明专利技术采用合适的隧道结实现叠层的连续生长，相对于机械叠层的方法减少工艺步骤，并增加了电池的可靠性，提升整体电池效率，可以减弱载流子界面复合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜太阳能电池
，具体涉及一种叠层薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
为了拓宽太阳能电池材料的吸收范围，常常采用不同带隙的太阳能材料叠层结构。可以将太阳光谱看成若干段，对长波段使用窄带隙材料吸收，对于短波段使用宽带隙材料吸收，可以大大提高性能和稳定性。对于薄膜电池，连续生长的叠层结构主要应用在硅基和III-V族化合物的太阳能电池上。其中硅基叠层太阳能电池的世界纪录由LG公司保持，基本结构为a-Si:H/nc-Si:H/nc-Si:H，目前已经取得13.4％的光电转化效率；III-V族化合物的叠层电池世界纪录是sharp公司的InGaP/GaAs/InGaAs电池，在302倍聚光条件下光电转化效率达到44.4％。而在铜铟镓硒薄膜太阳能电池中制约连续生长叠层结构发展主要因素有Cu(In，Ga)Se2的带隙在1.04-1.67ev范围所限不能直接应用在多个子电池中。即使将宽带隙的CuGaSe2作为顶电池，由于Cu(In，Ga)Se2自身的缺陷，采用普通的CVD和PVD方式只能形成p型半导体层，很难通过掺入其他元素进行高掺杂形成p+型半导体层，所以很难形成以Cu(In，Ga)Se2的隧道结。所以，目前叠层铜铟镓硒薄膜太阳能电池以往的专利文献主要是机械叠层方式，如专利CN101097968A。将两个独立的太阳能电池一个宽带隙，一个窄带隙，使用粘合的方式压合在一起形成叠层结构。一般顶电池和底电池的带隙分别为1.7ev和1.0ev。机械叠层的方式虽然能实现不同带隙的太阳能材料吸收不同波段的光，但是有很大的局限，比如粘合材料势必会吸收一部分的太阳光，造成一定的光学损失，这种粘合的方式对整个电池的长期稳定性也会造成一些风险。CN101097968A中使用的密封剂作为顶层和底层电池的连接，透过率会比较差，寿命比较低。此外，由于连接部分不导电，需要再额外引出电极，也增加了接触电阻和接触不良的风险，同时太阳能电池对温度和材料交叉污染敏感，所以不适合在底电池上直接沉积顶电池。此外，还有个别的专利提到了连续生长的叠层结构，比如CN102945893A中提到了采用纳米金属薄膜和透明金属氧化物电极组合。纳米金属薄膜无法很好的调节电流通过和光线透过率的问题。
技术实现思路
为此，本专利技术目的在于提供一种叠层薄膜太阳能电池及其制备方法，通过合适的隧道结材料与膜层结构，实现连续生长的叠层薄膜太阳能电池，提升整体电池性能。所采用技术方案如下所述：一方面，本专利技术提供了一种叠层薄膜太阳能电池，一种叠层薄膜太阳能电池，包括衬底和依次叠加设置于所述衬底上的背电极、底电池、顶电池、窗口层和正面电极，所述底电池与顶电池间设有隧道结，所述底电池的带隙小于所述顶电池的带隙；所述的底电池和顶电池均由p型半导体层和n型半导体层组成，所述隧道结包括n+型半导体层和p+型半导体层，所述n+型半导体层与所述底电池中的n型半导体层接触，所述p+型半导体层与所述顶电池的p型半导体层接触。所述隧道结由宽带隙材料组成，其掺杂浓度大于所述顶电池和底电池中吸收层的掺杂浓度。所述的隧道结为p+-CdxZn1-xTe和n+-CdS，其中x＝0-1，其厚度为10-50nm。所述底电池的吸收层带隙为1.0-1.2eV的Cu(In，Ga)Se2，所述顶电池的吸收层带隙为1.6-1.8eV的CdxZn1-xTe。所述衬底为柔性衬底。所述衬底为金属箔衬底或聚酰亚胺衬底。所述的窗口层由宽带隙的半导体材料组成的第一窗口层和第二窗口层，所述第一窗口层设置于所述顶电池上，其为本征的金属氧化物导电层，所述第二窗口层设置于所述第一窗口层上，其为n型掺杂的复合导电层。另一方面，本专利技术还提供了一种叠层薄膜太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：步骤一，通过磁控溅射方法在衬底上形成背电极；步骤二，在背电极上通过磁控溅射或共蒸发的方法形成底电池的p型半导体层；步骤三，在底电池的p型半导体层上，通过磁控溅射或化学水浴的方法形成底电池的n型半导体层；步骤四，在底电池的n型半导体层上，通过磁控溅射、CVD或MBE(分子束外延)中的一种方式依次生长形成n+型半导体层和p+型半导体层，即得隧道结；步骤五，在隧道结上，通过磁控溅射、CVD或MBE(分子束外延)中的一种方式生长顶电池的p型半导体层和n型半导体层；步骤六，在顶电池的n型半导体层上通过磁控溅射或者CVD的方法形成本征ZnO和ZnO：Al，即得窗口层；步骤七，在窗口层上通过丝网印刷或者带掩膜电镀的方法形成正面电极。所述步骤四中的隧道结由宽带隙材料组成，其掺杂浓度大于所述顶电池和底电池中吸收层的掺杂浓度。所述的隧道结为p+-CdxZn1-xTe和n+-CdS，其中x＝0-1，其厚度为10-50nm。所述底电池的吸收层带隙为1.0-1.2eV的Cu(In，Ga)Se2，所述顶电池的吸收层带隙为1.6-1.8eV的CdxZn1-xTe。所述步骤一中的衬底为柔性衬底，首先通过磁控溅射方法在柔性衬底上形成阻挡层，再通过磁控溅射方法在衬底上形成背电极。所述的步骤四和步骤五中，采用MBE方式生长的膜层后再进行含有掺杂元素的退火步骤，即在掺杂元素的气氛下，在10℃～150℃下退火。本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：A.本专利技术在底电池和顶电池间利用隧道结的形式连接，实现二者间的导电连接，相对机械叠层的方式更便于调节光学透过和电阻率。同时，本专利技术采用隧道结实现叠层的连续生长，相对于机械叠层的方法减少工艺步骤，并增加了电池的可靠性，提升整体电池效率；另外，本专利技术采用p型和n型材料的隧道结可以通过掺杂浓度来调节，可以减弱载流子界面复合。B.本专利技术中的电池由带隙不同的电池组成，顶电池的带隙大于底电池的带隙，其吸收范围更大；电池衬底采用柔性衬底，可将电池应用于曲面，使用范围更广。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1是本专利技术所提供的具有隧道结的叠层薄膜太阳能电池结构示意图；图2是本专利技术所提供的CIGS/CdZnTe叠层电池结构示意图。图中：1-衬底；2-阻挡层；3-背电极；4-底电池，41-p型半导体层，42-n型半导体层；5-隧道结，51-n+型半导体层，52-p+型半导体层；6-顶电池，61-p型半导体层，62-n型半导体层；7-窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层薄膜太阳能电池，包括衬底和依次叠加设置于所述衬底上的背电极、底电池、顶电池、窗口层和正面电极，其特征在于，所述底电池与顶电池间设有隧道结，所述底电池的带隙小于所述顶电池的带隙；所述的底电池和顶电池均由p型半导体层和n型半导体层组成，所述隧道结包括n+型半导体层和p+型半导体层，所述n+型半导体层与所述底电池中的n型半导体层接触，所述p+型半导体层与所述顶电池的p型半导体层接触。

【技术特征摘要】
1.一种叠层薄膜太阳能电池，包括衬底和依次叠加设置于所述衬底上的
背电极、底电池、顶电池、窗口层和正面电极，其特征在于，所述底电池与
顶电池间设有隧道结，所述底电池的带隙小于所述顶电池的带隙；所述的底
电池和顶电池均由p型半导体层和n型半导体层组成，所述隧道结包括n+型
半导体层和p+型半导体层，所述n+型半导体层与所述底电池中的n型半导体
层接触，所述p+型半导体层与所述顶电池的p型半导体层接触。
2.根据权利要求1所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隧道
结由宽带隙材料组成，其掺杂浓度大于所述顶电池和底电池中吸收层的掺杂
浓度。
3.根据权利要求2所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述的隧
道结为p+-CdxZn1-xTe和n+-CdS，其中x＝0-1，其厚度为10-50nm。
4.根据权利要求1-3任一所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所
述底电池的吸收层带隙为1.0-1.2eV的Cu(In，Ga)Se2，所述顶电池的吸
收层带隙为1.6-1.8eV的CdxZn1-xTe。
5.根据权利要求1所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底
为柔性衬底。
6.根据权利要求5所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底
为金属箔衬底或聚酰亚胺衬底。
7.根据权利要求6所述的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述的
窗口层由宽带隙的半导体材料组成的第一窗口层和第二窗口层，所述第一窗
口层设置于所述顶电池上，其为本征的金属氧化物导电层，所述第二窗口层
设置于所述第一窗口层上，其为n型掺杂的复合导电层。
8.一种叠层薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体包括以下步

\t骤：
步骤一，通过磁控溅射方法在衬底上形成背电极；
步骤二，在背电极上通过磁控溅射或共蒸发的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭东阳，
申请(专利权)人：北京汉能创昱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11