一种多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池制造技术

一种多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，属于太阳能利用技术领域，涉及非晶硅太阳能电池结构。本发明专利技术提供的吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池为多个单结非晶硅太阳能子电池的并联结构，各个子电池的非晶硅光吸收层沿横向并排分布且光学带隙宽度依次增加或减少，同时采用分光谱系统将太阳光分为波长不同的多部分，分别投射到与该部分入射光波长相匹配的子电池上。本发明专利技术能够进一步提高非晶硅太阳能电池的太阳能光谱利用率，提高太阳能转换效率，同时降低光至衰退效应，消除N-P反向结的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能利用
，涉及非晶硅太阳能电池结构，尤其是一种多吸收层的非晶硅太阳能电池结构。
技术介绍
随着石油，天然气等不可再生资源的日益枯竭，太阳能作为一种取之不尽的资源成为人类所努力的方向。目前主要的硅基太阳能电池主要为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，其中，非晶硅太阳能电池和单晶硅和多晶硅太阳能电池相t匕，在制造工艺上大大简化，在材料消耗和电能耗上大大减少，从而成为硅基太阳能电池的执占。非晶硅太阳能电池的结构经过一系列的发展，不断克服着发展中的缺陷。最先提出的是非晶硅单结太阳能电池，其结构如图I所示，从上往下包括依次层叠的透明玻璃衬底I (起到衬底支撑作用和对下层结构的保护作用)，TC0透明导电膜2 (与金属电极一起构成电池的正负极)，P型半导体层3(与N型半导体层一起构成太阳能电池的内建电场)，缓冲层4 (缓冲层的作用是减少半导体层与光吸收层由于晶格失配所带来的串联电阻的增加)，非晶硅光吸收层5 (吸收太阳光能并产生光生非平衡载流子)，N型半导体层6，金属电极7。其中光吸收层作为非平衡载流子的产生层，P型半导体层3和N型半导体层6为电池提供了内建电场，进行非平衡载流子的收集。单结非晶硅太阳能电池，由于非晶硅光吸收层的光学带隙宽度是固定的(约为I.7ev),因此只能单一的吸收波长为0. 3^0. 75微米的可见光波段，光谱利用率较低。同 时，单结非晶硅太阳能电池为了尽可能增加太阳能转换效率，非晶硅光吸收层需要做得很厚，但较厚的非晶硅光吸收层反而增加了电池的不稳定性，即存在所谓的S-W效应(光至衰退效应)，这会导致单结非晶硅太阳能电池随着光照时间的增加，太阳能转换效率会降低10%-20%。因此，拓宽非晶硅太阳能电池对光谱的响应范围，降低S-W效应，是非晶硅太阳能电池发展的必然趋势。为了拓宽非晶硅太阳能电池对光谱的响应范围，降低S-W效应，人们在单结非晶硅太阳能电池的基础上提出了叠层非晶硅太阳能电池。叠层非晶硅太阳能电池，其结构如图2所示，从上到下包括依次层叠的透明玻璃衬底1，TC0透明导电膜2，第一 P型半导体层3，第一缓冲层4，第一非晶硅光吸收层5，第一 N型半导体层6，第二 P型半导体层7，第二缓冲层8，第二非晶硅光吸收层9，第二 N型半导体层10，金属电极11。叠层非晶硅太阳能电池相当于两个pin结构的单结非晶硅太阳能子电池(顶电池和底电池)的串联结构。叠层非晶硅太阳能电池利用PECVD等薄膜沉积技术依次沉积两个pin结构的太阳能电池。其中，顶电池吸收能量较大的光波段，底电池吸收能量较小的光波段，扩展了光谱的响应；同时其吸收层的薄化，使得两个子电池的内建电场有所增大，这样有利于非平衡载流子快速从非晶硅光吸收层中抽出，避免了载流子的复合损失，从而有利于提高太阳能转换效率并降低S-W效应。但是，叠层非晶硅太阳能电池随即带来了一些新的问题，影响着电池的转换效率。由于两个子电池相互串联，流经两个子电池的电流必然相等，即两个子电池中产生的最小电流为最终输出的电流，所以必须调节顶电池或底电池非晶硅光吸收层的厚度，使两个个子电池的电流相匹配，才能获得较好的转换效率。如不考虑厚度，则顶电池和底电池皆可成为限制条件，从而影响电池的转换效率。除此之外，叠层非晶硅太阳能电池中，顶电池的N型半导体层(即第一 N型半导体层6)和底电池的P型半导体层(第二 P型半导体层)相互接触，形成一个N-P反向结，会使顶电池的电子积累在第一非晶硅光吸收层5中，而底电池的空穴积累在第二非晶硅光吸收层9中，这样会增大非平衡载流子的复合率，使太阳能电池的转换效率降低。为了解决叠层电池带来的问题，需要从工艺上控制第一、二非晶硅光吸收层的厚度，以使两个个子电池的电流相匹配；同时选用不同的材料来制作第一N型半导体层6和第二 P型半导体层，以降低N-P反向结的影响。然而这样无疑将增加工艺难度和复杂程度，同时也无法完全消除N-P反向结的影响
技术实现思路
为了进一步提高非晶硅太阳能电池的太阳能光谱利用率，提高太阳能转换效率，同时降低光至衰退效应，消除N-P反向结的影响，本专利技术提供一种多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池。本专利技术技术方案如下一种多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，其结构如图3所示，包括从上往下包括依次层叠的透明玻璃衬底2，TCO透明导电膜3，P型半导体层4，缓冲层5，非晶硅光吸收层6，N型半导体层7，金属电极8。其中所述非晶硅光吸收层6由多个光学带隙宽度依次增加或减少的非晶硅光吸收子层横向并排分布而成，横向并排分布的多个非晶硅光吸收子层与其他层结构一起构成多个子电池并联的非晶硅太阳能电池。在透明玻璃衬底2的上方还具有一个分光谱系统1，所述分光谱系统I将太阳光分为波长不同的多部分，分别投射到与该部分入射光波长相匹配的子电池上。本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，其中多个非晶硅光吸收子层具有相同的厚度，多个非晶硅光吸收子层之间不同的光学带隙宽度通过在非晶硅材料中掺杂予以实现。具体掺杂元素为Ge、C、N、Cl或F，多个非晶硅光吸收子层之间不同的光学带隙宽度可通过不同的掺杂元素予以实现，也可通过同一掺杂元素不同的掺杂量予以实现。本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池具有如下效果I、本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，相当于多个单结非晶硅太阳能电池的并联结构，整个电池的输出电流为各个子电池的电流叠加，故而不存在叠层非晶硅太阳能电池的子电池电流匹配问题。2、本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，不存在叠层非晶硅太阳能电池中的反向PN结，因此在非晶硅光吸收层的非平衡载流子复合这一不利因素减少了，从而有利于提高太阳能转换效率。3、本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，其中多个并联结构的子电池之间由于非晶硅光吸收层光学禁带宽度的不同，使其对应吸收不同波长范围的太阳光，使得太阳光的光谱利用率大大提高。4、另外，本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，其中多个并联结构的子电池之间由于非晶硅光吸收层光学禁带宽度的不同是通过不同的掺杂元素或不同的掺杂量予以实现，所以可以将非晶硅光吸收层中H含量控制在能使吸收层缺陷态密度较低的范围内，从而同时降低光至衰退效应，使得电池的稳定性得以增强。附图说明图I为现有技术的单结非晶硅太阳能电池结构示意图。其中I是透明玻璃衬底，2是TCO透明导电膜，3是P型半导体层，4是缓冲层，5是非晶硅光吸收层，6是N型半导体层6,7是金属电极。图2为现有技术的叠层非晶硅太阳能的电池结构示意图。其中I是透明玻璃衬底1，2是TCO透明导电膜，3是第一 P型半导体层3，4是第一缓冲层，5是第一非晶硅光吸收 层，6是第一 N型半导体层，7是第二 P型半导体层7,8是第二缓冲层，9是第二非晶硅光吸收层，10是第二 N型半导体层，11是金属电极。图3为本专利技术提供的多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池结构示意图。其中I是分光谱系统，2是透明玻璃衬底，3是TCO透明导电膜，4是P型半导体层，5是缓冲层，6是非晶硅光吸收层，7是N型半导体层，8是金属电极。 图4本专利技术实施的非晶硅吸收层为横向分布(四结子电池并联)的吸收光强与入射光波长关系的仿真结果。其中曲线I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多吸收层横向分布的非晶硅太阳能电池，其结构包括从上往下包括依次层叠的透明玻璃衬底（2），TCO透明导电膜（3），P型半导体层（4），缓冲层（5），非晶硅光吸收层（6），N型半导体层（7），金属电极（8）；其中所述非晶硅光吸收层（6）由多个光学带隙宽度依次增加或减少的非晶硅光吸收子层横向并排分布而成，横向并排分布的多个非晶硅光吸收子层与其他层结构一起构成多个子电池并联的非晶硅太阳能电池；在透明玻璃衬底（2）的上方还具有一个分光谱系统（1），所述分光谱系统（1）将太阳光分为波长不同的多部分，分别投射到与该部分入射光波长相匹配的子电池上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爽，曲鹏程，魏广路，吴易龙，何存玉，张林，熊流峰，刘飒，钟智勇，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：