本发明专利技术涉及太阳能光伏发电领域，具体公开了一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构的设计。该结构包括子层A透明衬底、子层B前TCO(透明导电层)、子层C吸收层(有源层)1，子层D中间层1，子层E吸收层2，子层F中间层2，子层G吸收层3，子层H后TCO，子层I反射层。各子层A-H从下往上依次叠加构成五层叠层太阳电池。该五层结构克服了现有三层非微晶硅叠层太阳电池太阳光谱利用率不足的缺点，利用新加的吸收层和中间层，有效地提高了短波长光的吸收率，并且使得电池整体保持较高的稳定性，其光电转换效率较现有三层结构有较大改进。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能光伏发电领域，具体涉及一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五 层结构的设计。
技术介绍
叠层太阳电池是指为了拓宽太阳光谱的响应，将传统的单结太阳电池的有源层叠 加在一起，从而提高能量转换效率的一种新型太阳电池。目前硅基薄膜太阳电池仍有着广 泛的应用，本设计正是基于这种材料结构。当仅用非晶硅材料做有源层时，它的光谱吸收限 在700nm附近。倘若采用非晶硅、微晶硅锗双结叠层结构，乃至非晶硅、非晶硅、微晶硅三 结叠层之后，其光谱响应可从700nm拓宽到IOOOnm以至到llOOnm。电池效率则由9%到 11. 7%，直至 15. 1%。在现有的非晶、微晶硅叠层太阳电池中，三层结构的非晶硅顶层、ZnO中间层、微 晶硅底层叠层太阳电池以其较高的能量转换效率和稳定性成为当前科学研究的热点。顶 层电池(top cell)，采用氢化非晶硅薄膜，其带隙宽度在1.75ev左右，来吸收波长较短的 太阳光。在这种三层结构的叠层电池中，顶层a_Si:H的厚度大约为0. 18μπι左右，不超过0.2μ m0这是由于在非晶硅和微晶硅层之间存在SiO中间层(interlayer)的缘故。中间 层并不作为有源层而产生电子、空穴对，中间层的作用在于利用折射率差反射部分太阳光 回到顶层从而提高顶层的光吸收，降低顶层的厚度。更低的顶层的厚度能够增加电池的整 体稳定性。并且中间层的存在使顶层和底层子电池电流更加匹配，减少了不必要的能量损 耗。在这种叠层结构中，底层电池多采用p-i-n型氢化微晶硅yC-si:H，其厚度在4.4μπι 左右，而带隙宽度为0.7ev左右。其作用在于进一步吸收从顶层和中间层漏下的未被吸收 的长波长入射光。这种叠层电池的能量转换效率能达到15%左右。但是，在这种三结叠层结构中，由于顶层非晶硅材料的带隙宽度为1.7kv，而底 层微晶硅材料的带隙宽度为0. 7ev左右，由于两个有源层带隙宽度间隔较大，能量低于1.75ev而高于0. 7ev的光子并不能够被完全吸收，而且由于能量高于材料带隙宽度的光子 只激发产生一对电子-空穴对，对于那些能量远高于材料带隙宽度的光子来说，有着较大 的能量损失。在这种情况下，显然就无法达到充分利用太阳光谱的效果。因此，在叠层太阳电池结构中，如何添加一个具有合适带隙宽度的子电池层并使 它与其它子电池层相匹配就成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构的设计，该结 构克服现有三层叠层电池光谱利用率不高的缺点，并可以达到比较高的光稳定性。本专利技术的技术方案如下一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构，该结构包 括子层A透明衬底、子层B前TCO (透明导电层)、子层C吸收层(有源层)1，子层D中间层1，子层E吸收层2，子层F中间层2，子层G吸收层3，子层H后TC0，子层I反射层。各子层 A-H从下往上依次叠加构成五层叠层太阳电池。子层A透明衬底其材料采用透光率较高的玻璃，为了增加太阳光入射率，在其表 面常常设计一层减反射膜。子层B前TCO和子层H后TCO其材质在实验室中为SiO(氧化 锌)，多采用LP-CVD (低压化学气象沉积)方法制成，应具有高透明度，高电导性，高散射率。 子层B和子层H起到加强子层C非晶硅电池层和子层G微晶硅电池层的光吸收的作用。子层C非晶硅电池层采用氢化非晶硅薄膜，其带隙宽度在1.75ev左右，来吸收波 长较短的太阳光，而其厚度由于两个中间层(D、F)的存在，可以控制在0. Ιμπι左右。子层 D中间层1采用&ι0，其厚度不超过0. 1 μ m。子层E吸收层2为新加有源层，其带隙宽度设置在1.2ev左右，其材料可以采用单 晶硅Si(l. 12ev)，其作用在于进一步吸收短波长范围太阳光，降低光谱能量的损失。为此， 其厚度应控制在0. 2 μ m左右。子层F中间层2同样采用ZnO材料，其厚度应不超过0. 1 μ m。子层G吸收层3采用p-i-n型氢化微晶硅μ c_s :H，带隙宽度在0. 7ev左右，其厚 度控制在0. 4 μ m左右，其作用在于进一步吸收从子层C和子层E漏下的未被吸收的长波长 入射光和部分短波长太阳光。子层I反射层采用薄的SiOAg双层材质用来完全反射太阳光回到硅吸收层，从而 提高光能利用率。本专利技术的显著效果在于本专利技术所述的一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结 构克服了现有三层非微晶硅叠层太阳电池太阳光谱利用率不足的缺点，利用新加的吸收层 和中间层，有效地提高了短波长光的吸收率，并且使得电池整体保持较高的稳定性，其光电 转换效率较现有三层结构有较大改进。附图说明图1为叠层薄膜非微晶硅太阳电池三层结构示意图；图2为叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构示意图；图中1、透明衬底；2、前TCO ;3、非晶硅顶层；4、SiO中间层；5、微晶硅底层；6、后 TCO ；7、反射层。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图2所示，该结构包括子层A透明衬底、子层B前TCO (透明导电层)、子层C吸 收层(有源层)1，子层D中间层1，子层E吸收层2，子层F中间层2，子层G吸收层3，子层 H后TC0，子层I反射层。各子层A-H从下往上依次叠加构成五层叠层太阳电池。子层A透明衬底其材料采用透光率较高的玻璃，为了增加太阳光入射率，在其表 面常常设计一层减反射膜。子层B前TCO和子层H后TCO其材质在实验室中为SiO(氧化 锌)，多采用LP-CVD (低压化学气象沉积)方法制成，应具有高透明度，高电导性，高散射率。 子层B和子层H起到加强子层C非晶硅电池层和子层G微晶硅电池层的光吸收的作用。子层C非晶硅电池层采用氢化非晶硅薄膜，其带隙宽度在1. 75ev左右，来吸收波长较短的太阳光，而其厚度由于两个中间层(D、F)的存在，可以控制在0. Ιμπι左右。子层 D中间层1采用&ι0，其厚度不超过0. 1 μ m。子层E吸收层2为新加有源层，其带隙宽度设置在1. 2ev左右，其材料可以采用单 晶硅Si(l. 12ev)，其作用在于进一步吸收短波长范围太阳光，降低光谱能量的损失。为此， 其厚度应控制在0. 2 μ m左右。子层F中间层2同样采用ZnO材料，其厚度应不超过0. 1 μ m。子层G吸收层3采用p-i-n型氢化微晶硅μ c_S:H，带隙宽度在0. 7ev左右，其厚 度控制在0. 4 μ m左右，其作用在于进一步吸收从子层C和子层E漏下的未被吸收的长波长 入射光和部分短波长太阳光。子层I反射层采用薄的SiOAg双层材质用来完全反射太阳光回到硅吸收层，从而 提高光能利用率。权利要求1.一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构，该结构包括子层A透明衬底、子层B前 TCO (透明导电层)、子层C吸收层(有源层)1，子层D中间层1，子层E吸收层2，子层F中 间层2，子层G吸收层3，子层H后TC0，子层I反射层。各子层A-H从下往上依次叠加构成 五层叠层太阳电池。2.根据权利要求1所述的一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构，其特征在于 所述的子层C非晶硅顶层采用氢化非晶硅薄膜，其厚度控制在0. 1 μ m。子层D中间层1采 用ZnO薄膜，其厚度控制在0. 1 μ m以内。3.根据权利要求1所述的一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构，该结构包括子层Ａ透明衬底、子层Ｂ前ＴＣＯ（透明导电层）、子层Ｃ吸收层（有源层）１，子层Ｄ中间层１，子层Ｅ吸收层２，子层Ｆ中间层２，子层Ｇ吸收层３，子层Ｈ后ＴＣＯ，子层Ｉ反射层。各子层Ａ－Ｈ从下往上依次叠加构成五层叠层太阳电池。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：屈晓升，吕思宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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