薄膜太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种薄膜太阳能电池，其结构为：衬底层／背电极层／Ｐ型铜铟镓硒薄膜层／Ｎ型铜铟镓硒缓冲层／Ｐ＋层／Ｐ型非晶硅层／Ｉ型非晶硅层／Ｎ型非晶硅层／Ｎ＋层／ＴＣＯ层。本实用新型专利技术薄膜太阳能电池的非晶硅Ｐ－Ｉ－Ｎ结层厚度设计合理，近红外光谱能量能够被铜铟镓硒Ｐ－Ｎ结层充分吸收，因此薄膜太阳能电池的功率大大提高。另外，在非晶硅Ｐ－Ｉ－Ｎ结层的Ｐ型非晶硅层和Ｎ型非晶硅层外分别设置了极薄而重掺杂的Ｐ＋层和Ｎ＋层，加强了Ｉ型非晶硅层中的电场强度，提高了太阳能电池的功率。本实用新型专利技术薄膜太阳能电池所产生的功率较目前同类型双结层结构的太阳能电池平均提高约１．５％。本实用新型专利技术太阳能电池还具有可靠性高和制造价格低等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光伏太阳电池
，具体涉及一种薄膜太阳能电池。技术背景CIGS是铜铟镓硒太阳能电池的缩写，由CIGS和a_Si薄膜电池组成的串联电池由 于具有效率高、生产过程易于操作和改进等优点，从开始出现就引起了人们的极大关注。在 公开号为6368892的美国专利中公开了一种CIGS和a_Si薄膜电池串联组成的多结太阳电 池，其结构为衬底层/背电极层/CIS (或CIGS)层/n型导电层/P-I-N结层/前电极层。 但是现有a-Si/CIGS串联多结层太阳能电池的模组设计还不够合理，其目前的光电转换效 率只有10%左右。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种性能优异的薄膜太阳能电池。为了实现以上目的，本技术所采用的技术方案是一种薄膜太阳能电池，包括 衬底层、设置在衬底层上的背电极层、TCO层和设置在背电极层与TCO层之间的太阳能电池 模组，所述太阳能电池模组包括一个铜铟镓硒P-N结层和一个非晶硅P-I-N结层，所述铜铟 镓硒P-N结层的P型铜铟镓硒薄膜层设置于背电极层上，所述铜铟镓硒P-N结层的N型铜 铟镓硒缓冲层与所述非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层之间设置有重掺杂的P+层，所述非 晶硅P-I-N结层的N型非晶硅层与所述TCO层之间设置有重掺杂的N+层，该太阳能电池的 结构为衬底层/背电极层/P型铜铟镓硒薄膜层/N型铜铟镓硒缓冲层/P+层/P型非晶硅 层/I型非晶硅层/N型非晶硅层/ N+层/TCO层。进一步地，非晶硅P-I-N结层的厚度为IOOnm 360nm。非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层、I型非晶硅层和N型非晶硅层的厚度比为P 型非晶硅层I型非晶硅层N型非晶硅层=(1 2) (10 15): (2 4)。重掺杂的P+层的厚度为Inm 10nm。重掺杂的P+层中电荷载子的密度为102° g/cm3 IO22 g/cm3。重掺杂的N+层的厚度为1. 5nm 15nm。重掺杂的N+层中电荷载子的密度为102° g/cm3 IO22 g/cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层的厚度为1. Oum 2. 5um。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层的厚度为40nm 200nm。本技术薄膜太阳能电池的非晶硅P-I-N结层厚度设计合理，近红外光谱能量 能够被铜铟镓硒P-N结层充分吸收，因此本技术提供的薄膜太阳能电池的功率大大提 高。另外，在非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层和N型非晶硅层外分别设置了极薄而重掺 杂的P+层和N+层，加强了 I型非晶硅层中的电场强度，提高了薄膜太阳能电池的功率。在 非晶硅P-I-N结层中，由于大量空间电荷载子在电池膜层处的分配造成非晶硅P-I-N结层 中的内部电场受到扭曲，本技术通过在非晶硅P-I-N结层的P型非晶硅层和N型非晶硅层外分别设置P+层和N+层，修改了整个非晶硅P-I-N结层的内部电场，使非晶硅P-I-N 结层的内部电场更平滑，场强数值更高。非晶硅P-I-N结层中的内部电场与增设P+层和N+ 层后非晶硅P-I-N结层中的内部电场的曲线示意图见图1所示，其中El为不设P+层和N+ 层时的非晶硅P-I-N结层中的内部电场，E2为增设P+层和N+层后非晶硅P-I-N结层中的 内部电场，对比E1和E2，可以发现E2更平滑，场强数值更高。本技术提供的薄膜太阳能电池所产生的功率较目前同类型双结层结构的薄 膜太阳能电池平均高出约1. 5%，转换效率可达到11. 5%以上。本技术提供的薄膜太阳 能电池还具有可靠性高和制造价格低等优点。附图说明图1为增设P+层和N+层前后非晶硅P-I-N结层中的内部电场的变化曲线示意图；图2为本技术一种实施例的结构示意图；图3为实施例1的能量频带曲线图。具体实施方式实施例1如图2所示，本技术一种实施例的薄膜太阳能电池，该太阳能电池的结构为 玻璃衬底层ll/Μο背电极层10/P型铜铟镓硒薄膜层9/N型铜铟镓硒缓冲层8/P+层7/P型 非晶硅层6/1型非晶硅层5/N型非晶硅层4/ N+层3/Ζη0:Α1层2/前玻璃衬层1，太阳光从 前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO: Al层2、N+层3、N型非晶硅层4、I型非晶硅层5、P型非 晶硅层6、P+层7、N型铜铟镓硒缓冲层8，之后被P型铜铟镓硒薄膜层9完全吸收。其中，非晶硅P-I-N结层的厚度为lOOnm，非晶硅P-I-N结层中P型非晶硅层6、I 型非晶硅层5和N型非晶硅层4的厚度比为P型非晶硅层6:1型非晶硅层5:N型非晶硅 层4=1:10:4。重掺杂的P+层7的厚度为lnm，重掺杂的P+层7中电荷载子的密度为102° g/ cm3。重掺杂的N+层3的厚度为15nm，重掺杂的N+层3中电荷载子的密度为IO22 g/cm3。铜 铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层9的厚度为2. 5um,铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓 硒缓冲层8的厚度为40nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层8的材料为ZnS。实施例2本实施例的薄膜太阳能电池结构与实施例1的薄膜太阳能电池结构相同，结构见 图2所示，其结构为玻璃衬底层ll/Μο背电极层10/P型铜铟镓硒薄膜层9/N型铜铟镓硒 缓冲层8/P+层7/P型非晶硅层6/1型非晶硅层5/N型非晶硅层4/ N+层3/ΖηΟ:Α1层2/前 玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO: Al层2、N+层3、N型非晶硅层4、 I型非晶硅层5、P型非晶硅层6、P+层7、N型铜铟镓硒缓冲层8，之后被P型铜铟镓硒薄膜 层9完全吸收。不同之处是非晶硅P-I-N结层的厚度为360nm，非晶硅P_I_N结层中P型非晶硅 层6、I型非晶硅层5和N型非晶硅层4的厚度比为P型非晶硅层6:1型非晶硅层5:N型 非晶硅层4=1:15:2。重掺杂的P+层7的厚度为lOnm，重掺杂的P+层7中电荷载子的密度 为IO22 g/cm3。重掺杂的N+层3的厚度为1.5nm，重掺杂的N+层3中电荷载子的密度为102° g/cm3。铜铟镓硒P-N结层中P型铜铟镓硒薄膜层9的厚度为1. Oum,铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层8的厚度为200nm。铜铟镓硒P-N结层中N型铜铟镓硒缓冲层8的材 料为ZnSe0实施例3本实施例的薄膜太阳能电池结构与实施例1的薄膜太阳能电池结构相同，结构见 图2所示，其结构为玻璃衬底层ll/Μο背电极层10/P型铜铟镓硒薄膜层9/N型铜铟镓硒 缓冲层8/P+层7/P型非晶硅层6/1型非晶硅层5/N型非晶硅层4/ N+层3/Ζη0:Α1层2/前 玻璃衬层1，太阳光从前玻璃衬层1射入，依次经过ZnO: Al层2、N+层3、N型非晶硅层4、 I型非晶硅层5、P型非晶硅层6、P+层7、N型铜铟镓硒缓冲层8，之后被P型铜铟镓硒薄膜 层9完全吸收。不同之处是非晶硅P-I-N结层的厚度为200nm，非晶硅P_I_N结层中P型非晶硅 层6、I型非晶硅层5和N型非晶硅层4的厚度比为P型非晶硅层6:1型非晶硅层5:N型 非晶硅层4=2:12:3。重掺杂的P+层7的厚度为5nm，重掺杂的P+层7中电荷载子的密度 为IO21 g/cm3。重掺杂的N+层3的厚度为lOnm，重掺杂的N+层3中电荷载子的密度为IO21 g/cm3。铜铟镓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池，包括衬底层、设置在衬底层上的背电极层、ＴＣＯ层和设置在背电极层与ＴＣＯ层之间的太阳能电池模组，其特征在于：所述太阳能电池模组包括一个铜铟镓硒Ｐ－Ｎ结层和一个非晶硅Ｐ－Ｉ－Ｎ结层，所述铜铟镓硒Ｐ－Ｎ结层的Ｐ型铜铟镓硒薄膜层设置于背电极层上，所述铜铟镓硒Ｐ－Ｎ结层的Ｎ型铜铟镓硒缓冲层与所述非晶硅Ｐ－Ｉ－Ｎ结层的Ｐ型非晶硅层之间设置有重掺杂的Ｐ↑［＋］层，所述非晶硅Ｐ－Ｉ－Ｎ结层的Ｎ型非晶硅层与所述ＴＣＯ层之间设置有重掺杂的Ｎ↑［＋］层，该太阳能电池的结构为：衬底层／背电极层／Ｐ型铜铟镓硒薄膜层／Ｎ型铜铟镓硒缓冲层／Ｐ↑［＋］层／Ｐ型非晶硅层／Ｉ型非晶硅层／Ｎ型非晶硅层／　Ｎ↑［＋］层／ＴＣＯ层。

【技术特征摘要】
一种薄膜太阳能电池，包括衬底层、设置在衬底层上的背电极层、TCO层和设置在背电极层与TCO层之间的太阳能电池模组，其特征在于所述太阳能电池模组包括一个铜铟镓硒P N结层和一个非晶硅P I N结层，所述铜铟镓硒P N结层的P型铜铟镓硒薄膜层设置于背电极层上，所述铜铟镓硒P N结层的N型铜铟镓硒缓冲层与所述非晶硅P I N结层的P型非晶硅层之间设置有重掺杂的P+层，所述非晶硅P I N结层的N型非晶硅层与所述TCO层之间设置有重掺杂的N+层，该太阳能电池的结构为衬底层/背电极层/P型铜铟镓硒薄膜层/N型铜铟镓硒缓冲层/P+层/P型非晶硅层/I型非晶硅层/N型非晶硅层/ N+层/TCO层。2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述非晶硅P-I-N结层的厚 度为 lOOnm 360nm。3.根据权利要求1或2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述非晶硅P-I-N结层中 P型非晶硅层、I型非晶硅层和N型非晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一辉，贺方涓，
申请(专利权)人：河南阿格斯新能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]