基于双面金属包覆波导结构非晶硅太阳能电池及制造工艺制造技术

本发明专利技术涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，包括太阳能电池层，太阳能电池层包括衬底层、非晶硅层、导电薄膜层、玻璃层，玻璃层、导电薄膜层和非晶硅层形成波导层。衬底层采用金属全反射层。金属耦合层设置在玻璃层上。金属耦合层、波导层和金属全反射层形成波导结构。基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，包括：1)制备玻璃层；2)掩膜；3)制备金属耦合层；4)制备导电薄膜层；5)制备非晶硅层；6)制备金属全反射层。由于采用上述技术方案，本发明专利技术具有吸收光谱宽、光谱入射角度宽、效率高、陷光作用强等显著优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能
，尤其涉及一种太阳能电池。
技术介绍
目前太阳能电池的主流是单晶硅和多晶硅，占世界太阳能电池年总产量70%以上。然而这类太阳能电池成本较高，用于生产的半导体材料有限，受到规模化生产的限制。因此，从材料到制作太阳能电池的整个过程中，对可以连续制造且节能、大面积、重量轻、能规模化生产的薄膜型太阳能电池产生急切的需求，而其具有代表性的材料是氢 化非晶硅(a-Si:H)。1976年美国RCA实验室的D. E. Conlson和C. R. Wronski在Spear形成和控制p_n结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池，揭开了 a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。目前a-Si多结太阳能电池的最高光电转换效率已达15%。但现有的薄膜非晶硅太阳能电池还是具有光谱的入射角度范围和光谱的吸收范围窄，陷光作用不强，光电转换效率不高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，以解决上述技术问题。本专利技术的另一目的在于，提供一种基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，以解决上述技术问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，包括一太阳能电池层，其特征在于，所述太阳能电池层包括一衬底层、设置在所述衬底层上的非晶硅层、设置在所述非晶硅层上的导电薄膜层、设置在所述导电薄膜层上的玻璃层，所述玻璃层、所述导电薄膜层和所述非晶硅层形成一波导层；所述衬底层采用一金属全反射层；还包括一金属耦合层，所述金属耦合层设置在所述玻璃层上；所述金属耦合层、所述波导层和所述金属全反射层形成一波导结构。本专利技术的金属耦合层将光耦合进波导层，以使增大光谱入射角度范围和光谱吸收范围，将大量的太阳光能量耦合进光波导结构中，增加光的利用率。本专利技术的金属全反射层能有效将光进行反射，进一步增加了光的二次利用，同时和金属耦合层一道起到陷光作用。本专利技术从波导结构出发，用低廉成本的材料通过设定结构使其在极宽的频谱和极大的光谱入射角度内有很高的吸收率。有效提高了光能吸收效率。所述波导结构从上至下的厚度依次为金属稱合层10nm-50nm、玻璃层0. lmm-5mm、导电薄膜层0. 5 y m_3 u m、非晶娃层0. 5 y m_2 u m、金属全反射层0. 5 y m_5 u m。本专利技术在提高光能吸收率的前提下，依然能保持薄膜结构，以便携带、运输和安装。所述金属耦合层为铝、银、金等中的一种金属材料制成的金属层。所述导电薄膜层作为上电极，所述金属全反射层作为下电极，所述金属全反射层为铝、银、金材料制成的金属全反射层。所述非晶硅层包括由上至下的P型硅层、本征硅层和N型硅层。基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，包括如下步骤I)制备玻璃层对玻璃基板进行清洗；2)掩膜在玻璃基板的四周边缘进行掩膜；3)制备金属耦合层在玻璃基板的入射面镀金属膜； 4)制备导电薄膜层在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜；在玻璃基板的下方制备ITO层；并在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜，且留出四周的ITO作为正电极；5)制备非晶硅层在ITO层上沉积P、I、N三层非晶硅薄膜；6)制备金属全反射层在ITO层上镀金属膜。本专利技术采用上述制作防范，有效拓宽了光谱吸收范围和入射角范围，增加了光能的吸收效率。还包括7)测试和封装对非晶硅太阳能电池测试、电法修复和退火；对非晶硅太阳能电池进行封装。步骤I)中，在对玻璃基板进行清洗时，使用丙酮、乙醇，采用超声波对玻璃基板进行清洗，然后再用氮气吹干，以保证玻璃基板的清洁。步骤2)和步骤4)中制备掩膜时，采用如下方式在玻璃基板的四周边缘用胶带贴上一圈，防止镀金属膜时玻璃基板侧面被镀上金属层，造成短路。胶带优选采用高温胶带，高温胶带的耐温温度高于200°。步骤3)中，采用直流溅射的方式在玻璃基板上镀银、铝或金膜。步骤4)中，采用磁控溅射制备ITO层，作为上电极。步骤5)中，采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在ITO层上沉积P、I、N三层非晶硅薄膜。等离子体增强化学气相沉积法的参数优选如下射频功率为36W，功率电容耦合为14. 12MHz，衬底温度范围为200°C 250°C，气体辉光气压范围在20pa以下。非晶硅层为光电转换核心区域。步骤6)中，采用磁控溅射法在ITO层上镀银、金或铝膜，作为下电极。有益效果由于采用上述技术方案，本专利技术可以通过波导效应增加光谱的吸收范围和光谱的入射角度范围。本专利技术具有成本低、吸收光谱宽、光谱的入射角度宽、效率高、光能损失低等显著优点。附图说明图I为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的流程图。具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本专利技术。参照图1，基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，包括一太阳能电池层，太阳能电池层包括一衬底层、设置在衬底层上的非晶硅层4、设置在非晶硅层4上的导电薄膜层3、设置在导电薄膜层3上的玻璃层2，玻璃层2、导电薄膜层3和非晶硅层4形成一波导层。衬底层米用一金属全反射层5。还包括一金属稱合层I，金属稱合层I设置在玻璃层2上。金属稱合层I、波导层和金属全反射层5形成一波导结构。本专利技术的金属稱合层I将光耦合进波导层，以使光在波导层中传输时，增大光谱入射角度范围和光谱吸收范围，将大量的太阳光能量耦合进光波导结构中，增加光的利用率。本专利技术的金属全反射层5能有效将光进行反射，进一步增加了光的二次利用，同时和金属耦合层一道起到陷光作用。本专利技术从波导结构出发，用低廉成本的材料通过设定结构使其在加入极宽的频谱和极大的光谱入射角度内有很高的吸收率。有效提高了光能吸收效率、且成本低廉。波导结构从上至下的厚度依次为金属稱合层I为10nm-50nm、玻璃层2为0. lmm-5mm、导电薄膜层3为0. 5 y m_3 u m、非晶娃层4为0. 5 y m_2 u m、金属全反射层5为0.5um-5umo本专利技术在提高光能吸收率的前提下，依然能保持薄膜结构，以便携带、运输和安装。·金属耦合层I为铝、银、金等中的一种金属材料制成的金属层。导电薄膜层3作为上电极，金属全反射层5作为下电极，金属全反射层5为铝、银、金材料制成的金属全反射层5。非晶硅层4包括由上至下的P型硅层、本征硅层和N型硅层。基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，包括如下步骤第一步，制备玻璃层2 :对玻璃基板进行清洗。在对玻璃基板进行清洗时，使用丙酮、乙醇，采用超声波对玻璃基板进行清洗，然后再用氮气吹干，以保证玻璃基板的清洁。第二步，掩膜在玻璃基板的四周边缘用胶带贴上一圈，进行掩膜。胶带优选采用高温胶带，高温胶带的耐温温度高于200°。第三步，制备金属耦合层I :在玻璃基板的入射面镀金属膜。具体实施时，采用直流溅射的方式在玻璃基板上镀银、铝膜或金膜。第四步，制备导电薄膜层3 :采用与第二步相同的方式在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜。然后采用磁控溅射在玻璃基板的下方制备ITO层，作为上电极。然后在玻璃基板的四周边缘再次进行掩膜，且留出四周的ITO作为正电极。第五步，制备非晶硅层4 :采用等离子体增强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，包括一太阳能电池层，其特征在于，所述太阳能电池层包括一衬底层、设置在所述衬底层上的非晶硅层、设置在所述非晶硅层上的导电薄膜层、设置在所述导电薄膜层上的玻璃层，所述玻璃层、所述导电薄膜层和所述非晶硅层形成一波导层； 所述衬底层采用一金属全反射层； 还包括一金属耦合层，所述金属耦合层设置在所述玻璃层上； 所述金属耦合层、所述波导层和所述金属全反射层形成一波导结构。2.根据权利要求I所述的基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述波导结构从上至下的厚度依次为金属稱合层10nm-50nm、玻璃层O. lmm-5mm、导电薄膜层O. 5 μ m-3 μ m、非晶娃层O. 5 μ m_2 μ m、金属全反射层O. 5 μ m_5 μ m。3.根据权利要求I或2所述的基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述金属耦合层为铝、银、金等中的ー种金属材料制成的金属层。4.根据权利要求3所述的基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述导电薄膜层作为上电极，所述金属全反射层作为下电极，所述金属全反射层为铝、银、金中的ー种金属材料制成的金属全反射层。5.根据权利要求4所述的基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池，其特征在于，所述非晶硅层包括由上至下的P型硅层、本征硅层和N型硅层。6.基于双面金属包覆波导结构的非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 1)制备玻璃层对玻璃基板进行清洗； 2)掩膜在玻璃基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈麟，朱亦鸣，罗士达，陈宏彦，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：