一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，该色控非晶硅太阳能电池包括从上至下依次设置的抗反射涂层、DBR层、缓冲层和非晶硅太阳能电池层，抗反射涂层用于增加透射率，DBR层由高折射率材料和低折射率材料交替组合而成，DBR层用于使反射光谱在可见光波段显示RGB三基色，缓冲层用于降低反射光干扰，并提高显示颜色的纯度，非晶硅太阳能电池层包括从上至下依次设置的前接触电极层、非晶硅活性层、后接触电极层和基底层。本发明专利技术纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池通过引入了DBR层作为颜色控制元件,引入抗反射涂层作为色彩优化元件，可以得到高纯度色彩，使太阳能电池达到的色域可以与标准红绿蓝三基色体系的色域相媲美。

【技术实现步骤摘要】
一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池
本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池。
技术介绍
在全球能源危机和大规模城市化的背景下，建筑光伏一体化(BIPVs)得到了广泛的应用。新一代零能耗建筑(耗电量与自身发电量相当)格外引人关注。然而，传统的太阳能电池呈现出暗淡的灰黑色，基于这种太阳能电池的BIPVs技术无法满足人们的审美要求。近年来，彩色太阳能电池由于其除发电功能外，还具有丰富的色彩和生动的图案显示功能，市场发展前景十分广阔，从而吸引了人们越来越浓厚的兴趣。许多光学方法可以用来控制太阳能电池的光学响应特性，使其产生特定的颜色，其中包括：1、在太阳能电池上使用法布里-珀罗(F-P)共振腔，通过调节腔谐振来控制所示颜色及其纯度；2、在太阳能电池透明导电氧化物(TCO)外侧(或内侧)加入调色层(CAL)，或以特殊的CAL完全取代TCO。例如，选择性透明导电光子晶体可以作为后接触电极，通过BIPVs器件控制透射光谱和颜色；分布布拉格反射器(DBR)可以集成到薄膜太阳能电池和有机光伏电池中用以颜色显示。可惜的是，通过这些方法实现的彩色太阳能电池的色域往往不足以满足显示应用的需求。而具备高纯度色彩的彩色太阳能电池对BIPVs的发展具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种具有高纯度色彩的纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其采用如下技术方案：一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其包括从上至下依次设置的抗反射涂层、DBR层、缓冲层和非晶硅太阳能电池层，所述抗反射涂层用于增加透射率，所述DBR层由高折射率材料和低折射率材料交替组合而成，所述DBR层用于使反射光谱在可见光波段显示RGB三基色，所述缓冲层用于降低反射光干扰，并提高显示颜色的纯度，所述非晶硅太阳能电池层包括从上至下依次设置的前接触电极层、非晶硅活性层、后接触电极层和基底层。作为本专利技术的进一步改进，所述非晶硅活性层的厚度为100-500nm，包含10-50nm的n型掺杂区和10-50nm的p型掺杂区。作为本专利技术的进一步改进，所述前接触电极层和后接触电极层均为透明导电氧化物。作为本专利技术的进一步改进，所述前接触电极层为ITO层，后接触电极层为ZnO层。作为本专利技术的进一步改进，所述前接触电极层的厚度为10-300nm，所述后接触电极层的厚度为10-500nm。作为本专利技术的进一步改进，所述DBR层由多组ZnS层和ZnO层交替堆叠而成。作为本专利技术的进一步改进，所述DBR层由2-10组ZnS层和ZnO层交替堆叠而成。作为本专利技术的进一步改进，所述抗反射涂层包括MgF2层和SnO2层。作为本专利技术的进一步改进，所述缓冲层为厚度10-200nm的TiO2层。本专利技术的有益效果：本专利技术纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池通过引入了DBR层作为颜色控制元件,引入抗反射涂层作为色彩优化元件，可以得到高纯度色彩，使太阳能电池达到的色域可以与标准红绿蓝三基色体系的色域相媲美。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并匹配附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术实施例中纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池的结构示意图；图2(a)以显示RGB为目标的DBR的反射光谱；图2(b)是DBR的结构及材料参数；图2(c)上顶部集成RGB型DBR的非晶硅太阳能电池组合系统的反射光谱；图2(d)是与图2(c)对应的颜色在CIE1931色度图中的位置；图2(e)是本实施例中色控非晶硅太阳能电池的反射光谱；图2(f)是与图2(e)对应的颜色在CIE1931色度图中的位置，并插入sRGB色域进行比较。图3(a)、3(b)、3(c)分别是RGB三色型非晶硅太阳能电池的吸收谱和外量子效率谱；图3(d)是RGB三色型非晶硅太阳能电池的伏安特性曲线。图4是苏州大学校徽(左上)，像素由RGB型色控非晶硅太阳能电池构成；插图展示了校徽的微观像素结构(中上)、RGB型色控非晶硅太阳能电池结构的详细参数(右)，以及RGB型色控非晶硅太阳能电池的混色图(左下)及其各颜色的RGB值(中下)。图5(a)是本实施例中色控非晶硅太阳能电池显示的RGB随入射角的颜色变化情况；图5(b)是颜色随入射角度变化在CIE1931色度图中的变化轨迹；图5(c)是本实施例中色控非晶硅太阳能电池显示的校徽图案在不同角度(0°、30°、45°、60°)下的效果图，并加入目标校徽图案及标准RGB校徽图案作为比较。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。如图1所示，为本实施例中的纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，该色控非晶硅太阳能电池包括从上至下依次设置的抗反射涂层、DBR层、缓冲层和非晶硅太阳能电池层，抗反射涂层用于增加透射率，DBR层由高折射率材料和低折射率材料交替组合而成，所述DBR层用于使反射光谱在可见光波段显示RGB三基色，缓冲层用于降低反射光干扰，并提高显示颜色的纯度，非晶硅太阳能电池层包括从上至下依次设置的前接触电极层、非晶硅活性层、后接触电极层和基底层。在本实施例中，抗反射涂层包括MgF2层和SnO2层，DBR层由多组ZnS层和ZnO层交替堆叠而成，ZnS层和ZnO层的厚度为反射中心波长的四分之一，MgF2层和SnO2层的厚度为10-200nm，DBR层由六组ZnS层和ZnO层交替堆叠而成。在本专利技术的其他实施例中，DBR层由2-10组ZnS层和ZnO层交替堆叠而成。本实施例中，缓冲层为TiO2层，其厚度为55nm。在本专利技术的其他实施例中，TiO2层厚度可以为10-200nm。在本实施例中，非晶硅活性层的厚度为500nm，包含30nm的n型掺杂区和50nm的p型掺杂区，在本专利技术的其他实施例中，非晶硅活性层的厚度为100-500nm，包含10-50nm的n型掺杂区和10-50nm的p型掺杂区。在本实施例中，前接触电极层为ITO层，其厚度为20nm；后接触电极层为ZnO层，其厚度100nm。在本专利技术的其他实施例中，前接触电极层和后接触电极层均为透明导电氧化物，具体包括氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(ZnO：Al)、掺氟氧化锡(SnO2：F)等材料，前接触电极层的厚度为10-300nm，后接触电极层的厚度为10-500nm。事实上，反射率和反射谱带宽在决定颜色质量中起着非常重要的作用。DBR的反射率(R)可以用以下公式进行分析预测：其中n0、n1、n2和ns分别为空气的折射率、DBR中两种材料的折射率和基底材料的折射率；N是DBR重复的对数。反射谱带宽(Δλ0)为：其中λ0为DBR的反射中心波长。值得注意的是，随着n1和n2的差值的增大，R的值增大(即颜色亮度增大)，但Δλ0降低(即色彩饱和度降低)。综合考虑下，n1和n2的差值相对较小、N值较大的情况，可以保证饱和度及亮度均达到要求，最终呈现出符合显示应用的颜色纯度和亮度。根据薄膜光学理论，DBR每层材料的厚度必须合理，才能控制反射谱在可见光波段显示RGB。在这里，暂不考虑太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其特征在于：包括从上至下依次设置的抗反射涂层、DBR层、缓冲层和非晶硅太阳能电池层，所述抗反射涂层用于增加透射率，所述DBR层由高折射率材料和低折射率材料交替组合而成，所述DBR层用于使反射光谱在可见光波段显示RGB三基色，所述缓冲层用于降低反射光干扰，并提高显示颜色的纯度，所述非晶硅太阳能电池层包括从上至下依次设置的前接触电极层、非晶硅活性层、后接触电极层和基底层。

【技术特征摘要】
1.一种纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其特征在于：包括从上至下依次设置的抗反射涂层、DBR层、缓冲层和非晶硅太阳能电池层，所述抗反射涂层用于增加透射率，所述DBR层由高折射率材料和低折射率材料交替组合而成，所述DBR层用于使反射光谱在可见光波段显示RGB三基色，所述缓冲层用于降低反射光干扰，并提高显示颜色的纯度，所述非晶硅太阳能电池层包括从上至下依次设置的前接触电极层、非晶硅活性层、后接触电极层和基底层。2.如权利要求1所述的纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述非晶硅活性层的厚度为100-500nm，包含10-50nm的n型掺杂区和10-50nm的p型掺杂区。3.如权利要求1所述的纯平面结构的色控非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述前接触电极层和后接触电极层均为透明导电氧化物。4.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马冬，杜俊，李孝峰，安怡澹，朱灿焰，张程，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32