外加电源提供电场效应的薄膜光伏电池制造技术

外加电源提供电场效应的薄膜光伏电池，所述薄膜光伏电池包括：硅基薄膜光伏电池、铜铟镓硒薄膜光伏电池、碲化镉薄膜光伏电池以及掺杂聚合物材料的薄膜光伏电池，该薄膜光伏电池设有透明导电膜及背面电极层作为薄膜光伏电池的输出电极；特征是在背面电极层下面设有电场底层电极，该电场底层电极与背面电极层之间设有绝缘层，该绝缘层形成电场表层电极、背面电极与电场底层电极电隔离；在电场底层电极与所述透明导电膜构成的电场表层电极之间设有外加电压源Ｖ１，而透明导电膜作为电场表层电极与电场底层电极是构成绝缘电场效应的输入电极。本发明专利技术提高了光伏电池的开路电压与最大输出功率Ｐｍａｘ，形成转换效率较高的电场效应薄膜光伏电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏电池，具体涉及一种外加电源提供电场效应的薄膜光伏电池。
技术介绍
当前薄膜光伏电池的体系包括硅基、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)以及掺杂 聚合物材料的光伏电池。这些光伏电池的基本结构，都是采用P型半导体层、n型半导体 层所组成具有pn叠层特征，以及非晶p-i-n叠层特征的薄膜光伏电池，参看附图l-A、附图 l-B、附图l-C所示。 图1-A :铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏电池是由透明导电膜1. 1、硫化镉(CdS) 1. 2、 铜铟镓硒(CIGS)1.3、背面电极层1.4、基板1.5所组成。其中透明导电膜l. l采用氧化锌 (Zn0)及氧化铟锡(ITO)，背面电极层1.4采用钼(Mo)，基板1.5采用玻璃、塑料或金属材 料。 图1-B :碲化镉(CdTe)薄膜光伏电池是由透明导电膜2. 1、硫化镉(CdS) 2. 2、碲 化镉(CdTe)2.3、背面电极层2.4、基板2.5所组成。其中透明导电膜2. 1采用氧化铟锡 (ITO)及二氧化锡(Sn02)，背面电极层2. 4采用碲化锌(ZnTe)或铜(Cu)，基板2. 5采用玻璃。 图1-C :非晶硅薄膜光伏电池是由透明导电膜3. 1、 p-i_n叠层结构3. 2、背面电 极层3. 3、基板3. 4所组成。其中透明导电膜3. 1采用氧化铟锡(ITO)及二氧化锡(Sn02)， P-i-n叠层结构3. 2采用非晶硅及微晶硅形成的a-Si/ii c-Si叠层或是堆栈三层形成的 a-Si/a-SiGe/a-SiGe，基板3. 4采用玻璃。 附图l-A、附图l-B、附图l-C中Enp是薄膜光伏电池内pn结与非晶硅薄膜光伏电 池p-i-n结构自建电场，Ip是光伏电池输出电流。 n型半导体是在本征半导体材料中，掺入杂质使自由电子浓度大大增加，称为n型 (电子型)半导体。P型半导体在本征半导体中，掺入杂质使空穴浓度大大增加，称为P型 (空穴型)半导体。 薄膜光伏电池的n型半导体与p型半导体的接触面形成pn结，并在耗尽区载流子 扩散形成自建电场Enp。非晶光伏电池的p型半导体膜层与n型半导体膜层之间加有i本征 半导体，形成P-i-n结构，并在p_n膜层之间内自建电场Enp， Enp电场方向从n区指向p区。 当入射光子进入薄膜光伏电池pn结耗尽区或非晶光伏电池的i本征半导体区，并 光子能量大于pn结耗尽区或i本征半导体区能隙时，光子能量会被吸收，产生高势能的电 子和空穴对。电子和空穴对会分别受到自建电场Enp的影响，通过负载R而产生光电流Ip。 薄膜光伏电池的基本结构中，pn结区载流子扩散自建电场与p-i-n结构自建电场 Enp的大小与稳定，是光伏电池发电效率的重要参数。 薄膜光伏电池内自建电场Enp是电池本身半导体材料及电池结构的特征参数。所 以，影响薄膜光伏电池自建电场En。的强弱与稳定，主要有以下三个主要方面影响 1、晶粒间界处存在势垒，阻断载流子的通过。 2、晶粒间界作为一种晶体缺陷，起着有效复合正负载流子对中心作用。 3、在形成pn结的工艺过程中，掺杂的原子会沿着晶粒间界向下择优扩散，形成导电分流路径，增大漏电流。 而非晶硅薄膜光伏电池是p-i-n结构，非晶硅薄膜光伏电池内光生载流子主要产 生于未掺杂的i本征吸收层，与化合物半导体薄膜光伏能电池中载流子主要由pn结扩散区 移动不同，在非晶硅薄膜光伏电池中，光生载流子主要依靠电池内n层-p层之间电场Enp作 用做漂移运动，使光生载流子产生后立即被吸引到n侧和p侧。但是非晶硅p区与n区膜 材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电 子和空穴复合的场所。另外由于非晶硅电池在经过长时间光照后，其光电导和暗电导都显 著减小，这一现象被称为Staebler-Wronski效应，简称S-W效应。由于S-W效应使非晶硅 膜中缺陷态密度增加，导致电池内的光生电子和空穴复合几率增加，电池的转换效率下降。
技术实现思路
为了提高薄膜光伏电池转换效率，本专利技术提供一种外加电源提供电场效应的薄膜 光伏电池，是一种由外加电源提供给薄膜光伏电池，形成电场效应的薄膜光伏电池结构，促成一个增强与稳定电池内自建电场Enp，提高薄膜光伏电池的开路电压与最大输出功率p^， 形成转换效率较高的电场效应薄膜光伏电池结构。 本专利技术是在中国200910182141. 9号专利技术专利申请"外加电场型光伏电池"的基 础上，通过外部电源为薄膜光伏电池体系中非晶硅基、化合物半导体铜铟镓硒(CIGS)、碲化 镉(CdTe)以及掺杂聚合物材料的光伏电池，提供一个调控电池内电场，该电场效应可以增 强薄膜光伏电池pn结区载流子扩散自建电场，提高光伏电池的最大输出功率P^，形成附 加电场效应功能的薄膜光伏电池。 实现本专利技术目的技术方案是一种外加电源提供电场效应的薄膜光伏电池，所述 的薄膜光伏电池包括硅基薄膜光伏电池、铜铟镓硒薄膜光伏电池(CuInl-XGaXSe2，简写 为CIGS)、碲化镉薄膜光伏电池(CdTe)以及掺杂聚合物材料的薄膜光伏电池，该薄膜光伏 电池设有透明导电膜及背面电极层，所述的透明导电膜与背面电极层为薄膜光伏电池的输 出电极(电源输出回路电极)；其特征在于，在所述的背面电极层下面设有电场底层电极， 该电场底层电极与薄膜光伏电池本体中背面电极层之间设有绝缘层，该绝缘层形成电场表 层电极、薄膜光伏电池本体中背面电极与电场底层电极电隔离；在电场底层电极与所述透 明导电膜构成的电场表层电极之间设有外加电压源VI ，而透明导电膜作为电场表层电极与 电场底层电极是构成绝缘电场效应的输入电极。 该薄膜光伏电池本体上面的透明导电膜同时作为薄膜光伏电池的输出电极，也作 为外加电场的表层电极。 该外加电压源V1的正极相对应电场效应薄膜光伏电池的n型半导体，负极相对应 电场效应薄膜光伏电池的P型半导体的电场效应电极连接。即，该外加电压源V1的正极， 接所述电场效应的铜铟镓硒薄膜光伏电池(CIGS)、碲化镉薄膜光伏电池(CdTe)电场表层 电极(透明导电膜)，该外加电压源的负极，接所述的铜铟镓硒薄膜光伏电池(CIGS)、碲化 镉薄膜光伏电池(CdTe)电场底层电极；该外加电压源V1的正极，接所述电场效应的非晶硅薄膜光伏电池的电场底层电极，该外加电压源的负极，接所述电场效应的非晶硅薄膜光伏 电池的透明导电膜构成的电场表层电极。 本专利技术通过外部电源V1接入电场效应薄膜光伏电池，当单组光伏电池输出开路 电压为V。c，外加电源Vl的电压范围为V1 > V。c;现有的单组(非电场型)薄膜光伏电池标 准输出开路电压V。"化合物半导体薄膜光伏电池在0. 6V《V。c《1. OV，非晶硅叠层薄膜光 伏电池在0. 8V《V。c《1. 4V ;其中电源电压VI的大小与电场底层电极与背面电极层之间 的绝缘层厚度有关，厚度越大，电压越高，一般绝缘层总厚度要求在IO微米以下。 其电场效应薄膜光伏电池特征是，电场效应薄膜光伏电池中化合物半导体薄膜光 伏电池的透明导电膜与电场底层电极，分别连接直流电源V1的正极与负极，并形成电场 El，电场El方向与自建电场Enp相同。电场效应薄膜光伏电池中非晶硅薄膜光伏电池的透 明导电膜与电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外加电源提供电场效应的薄膜光伏电池，所述的薄膜光伏电池包括：硅基薄膜光伏电池、铜铟镓硒薄膜光伏电池、碲化镉薄膜光伏电池以及掺杂聚合物材料的薄膜光伏电池，该薄膜光伏电池设有透明导电膜及背面电极层，所述的透明导电膜与背面电极层为薄膜光伏电池的输出电极；其特征在于，在所述的背面电极层下面设有电场底层电极，该电场底层电极与薄膜光伏电池本体中背面电极层之间设有绝缘层，该绝缘层形成电场表层电极、薄膜光伏电池本体中背面电极与电场底层电极电隔离；在该电场底层电极与所述透明导电膜构成的电场表层电极之间设有外加电压源Ｖ１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建国，毛星原，
申请(专利权)人：郭建国，毛星原，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]