本发明专利技术公开了一种高效节能多结层薄膜太阳能电池，属于太阳能光伏制造领域。本发明专利技术目的在于选择匹配对太阳光谱中蓝、绿、红光吸收敏感电池材料，三结薄膜电池，转换效率15%接近晶体硅电池。顶电池非晶硅电池，本征层禁带宽度1.7-1.8eV；中间电池碲化镉禁带宽度1.45eV；底电池铜铟镓硒吸收层禁带宽度在1.05eV左右。引入中间层（7，11）增加光程，形成光陷阱，前后隔离线（23，24）提高光吸收效率。减少电池组件内部串联短接，降低成本和产品不良率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种非晶硅-碲化镉(CdTe)-铜铟镓硒(CIGS)电池构成高效节能的叠层薄膜太阳能电池，属于光伏太阳能电池制造领域。
技术介绍
目前，商业化晶体硅太阳能电池是光伏市场的主流，电池组件转换效率已经达到15%以上。但成本及生产过程能耗较高，晶体硅转化效率提升空间有限，发展迟缓。相比之下薄膜太阳能电池具有成本低、环境友好等特点。非晶硅电池已成为硅基薄膜太阳能电池产业发展中最为成熟，转换效率已达10%以上，吸收系数比晶体硅高1-2个数量级，热稳定性能高。长期使用，比功率，非晶硅电池唯一不足，光致衰减系数达20%。其次，碲化镉(CdTe) 及铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池电池等技术发展较成熟。美国第一太阳能电池公司碲化镉(CdTe)电池组件光电转换效率达11%。铜铟镓硒(CIGS)电池组件转换效率达到11%以上。金属预置层后硒化技术使用H2Se气体，易挥发、强毒性。当前设备和生产成本较高，不良品率高。如何找低成本、绿色环保的高效能薄膜太阳能电池。日本专利技术专利JP61035569A、JPOl 158780A公布了一种非晶娃与締化镉(CdTe)太阳能电池结合的叠层电池,仍存在小于1.4eV近红外波段光子能量不能有效吸收。传统的叠层太阳能电池用溅射工艺会对后工序已沉积的子电池界面产生一定的破坏，为获得较高能量转换效率，一般引入形成陷光结构的中间层。如中国专利技术专利201010045857. 7，公开了一种掺铝氧化锌(AZO)作中间层的非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池，转换效率达13. 6%。但批量生产中所面临的一个重要问题是无论采用激光的，还是机械的，刻划P1、P2、P3沟道形成电池内部串联，其过程都会对透明导电膜中间层横截面与背电极或前电极，包括不同叠层之间，都会形成导电通道，造成微短路或漏电，导致电池(或称组件)失效。专利技术专利200710148695. 8，公开了一种避免中间层与电极短接，在Pl刻划和沉积完中间层之后，再加刻划工序，除掉顶电池与中间层的膜层形成一较宽的(O. 2-0. 4mm)沟道，使其后续P2、P3的刻划沟道均落在较宽的(O. 2-0. 4mm)沟道内。激光的刻线宽度与精度有关，沟道越宽，精度要求高，生产难度较大。
技术实现思路
基于对以上影响太阳能电池转化效率的分析，及对各种不同种类型薄膜电池(组件)的特性比较。以及生产过程中亟待要解决的问题。本专利技术提出全新概念，整合不同种类的电池材料的优点，目的是在技术上进行实质性的突破，创造一种不可替代的高效、节能低成本的多结叠层薄膜太阳能电池(或称组件)。还有一个目的，为有效提高电池组件能量转换，增加太阳光在电池中的光程，至少高出目前多叠层薄膜太阳能电池(以下简称叠层电池)，最高平均效率2-3个百分点，降低制造成本。本专利技术将采用分步刻划，可以避免中间层与电极短接，实现各子电池的优势互补，从而缩小薄膜电池与晶体硅光伏电池在能量转换效率方面的差距，大幅降低薄膜太阳能电池的制造成本，为光伏发电真正打入水电、火电等常规电力市场开辟一条新路。本专利技术的任务是解决以上现有技术中亟待要解决的问题。提出的技术解决方案是包括现有技术，电池内串联连接的P1、P2、P3沟道，其特征在于由分别对太阳光谱中的蓝、绿、红光波段光子敏感的电池材料，包括由硅基薄膜电池和碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)电池构成顶电池，中间电池和底电池的多结叠层薄膜电池；还有顶电池窗口层的减反层；及位于中间电池和底电池之间的第一中间层，和位于顶电池与中间电池之间的第二中间层及串联连接中间电池和底电池的两条隔离线，串联中间电池碲化镉(CdTe)和底电池,且分别位于沟道P2、P3的前后。本专利技术的解决方案特点是在中间电池的缓冲层上依次层叠第二中间层和顶电池非晶硅PIN薄膜层，及顶电池的阴极层、减反层，栅线电极。本专利技术的制造方法，其特征在于选择能最大化吸收全波段太阳光谱的电池材料，使其匹配形成由顶电池、中间电池、底电池构成的多结叠层薄膜太阳能电池，包括增加其电池光程的第一中间和第二中间和防止电池内串联短路、漏电的隔离线。 包括调整顶电池非晶硅电池本征层禁带宽度在1. 7-1. 8eV之间，吸收太阳光中蓝光；调整中间电池层碲化镉电池禁带宽度在1. 45eV左右，吸收绿光；调整底电池铜铟镓硒的吸收层禁带宽度在1. 05eV左右，吸收红光。实施本专利技术的效果明显，生产制造过程简单，易于控制大批量生产。转换效率达到15%以上，良品率提高，大幅降低了生产成本。较大地减少碲和镉的用量，突破大规模批量生产的材料储量不丰富瓶颈。引入中间层，使各层电池之间载流子复合，降低漏电流。在沉积完中间层后，平行于Pl沟道，对中间层再分别刻划两条线宽小于IOOMffl的隔离线，两条隔离线相距200-500μπι，可在这两条隔离线中间进行后续的刻划P2、P3。分步刻划法，避免和减少了中间层与电极短路的产品不良率。铜铟镓硒作底电池，非晶硅薄膜电池，Na钠元素向底电池扩散对于铜铟镓硒太阳能电池来说，不会降低性能，反而会增强其吸收层的光电功能转换能力。避免了非晶硅长期在室外应用过程遇到的一个严重问题玻璃中的Na钠元素会扩散进到前电极TCO膜层中，导致TCO膜层的透过率以及导电率降低，加剧非晶硅太阳能电池的性能衰减。太阳光由窗口层栅线电极入射，依次经顶电池、中间电池、底电池。顶电池对太阳光中大部分蓝光波段光子敏感；中间电池碲化镉电池吸收层，对太阳光光谱中绿光波段比较敏感；底电池铜铟镓硒，侧重对太阳光中红光波段部分重点吸收利用。本专利技术所说的子电池是指构成叠层薄膜太阳能电池各层电池，包括顶电池、中间电池、底电池。中间层的引入增加了太阳光在电池内部的反射次数，和电池吸收层内的光程，形成光陷阱结构，提高了电池对太阳光的吸收效率。分步刻划工艺可以层避免和减少电极短接，克服后期组件内部串联时短接，减少产品不良率。值得说明本专利技术的分步刻划，不同于中国专利技术200710148695.8已公开的叠层薄膜太阳能电池的刻划方式，本专利技术沉积完中间层后，平行于Pl沟道，对中间层再分别刻划两条线宽小于IOOMffl的隔离线，避免Pl沟道过宽影响刻划精度，并在两条隔离线中间进行后续P2、P3刻划，其精度高和稳定性好。以下结合附图进一步说明本专利技术三结叠层薄膜太阳能电池(以下简称三结叠层薄膜电池)的工作原理及结构和制造方法。附图说明图1、是本专利技术的三结叠层薄膜太阳能电池结构示意图。图2、是本专利技术的三结叠层薄膜太阳能电池组件分步刻划结构示意图。图2-1、是本专利技术图2中圈内I部分剖图放大图。图3、是本专利技术的三结叠层薄膜太阳能电池组件实施例2的分步刻划示意图。图4、是本专利技术实施例4结构原理示意图。见图1，本专利技术三结叠层薄膜电池的底电池6是铜铟镓硒电池，由吸收层3、缓冲层4、窗口层5与衬底I构成。本专利技术的衬底I，可选用浮法玻璃、超白玻璃等作衬底，或不锈钢、聚合物等柔性材料作衬底。铜铟镓硒电池(以下简称底电池)背接触层2为阳极，是一层导电性能较好的，厚度约O. 5-2Mffl的钥Mo金属或其它金属，阳极2与衬底I之间有较好的附着力。背接触层2采用双层工艺，先后在衬底I上沉积一薄膜高阻层，再沉积一低阻层。底电池的吸收层3为PN结的P型区，厚度为1. 5-3Mm，是本专利技术中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，包括P1（20）、P2（21）、P3（22）沟道，其特征在于还包括分别对太阳光谱中的蓝、绿、红光波段光子敏感的电池材料构成顶电池（19）、碲化镉(CdTe)?中间电池（10）和铜铟镓硒(CIGS)底电池（6）多结叠层薄膜电池；还包括顶电池窗口层的减反层；及位于中间电池和底电池之间的第一中间层（7），和位于顶电池（19）与中间电池（10）之间的第二中间层（11）；及因刻划中间层造成电极短路的隔离线。
【技术特征摘要】
1.一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，包括Pl (20)、P2 (21)、P3 (22)沟道，其特征在于还包括分别对太阳光谱中的蓝、绿、红光波段光子敏感的电池材料构成顶电池(19)、碲化镉(CdTe)中间电池(10)和铜铟镓硒(CIGS)底电池(6)多结叠层薄膜电池； 还包括顶电池窗口层的减反层；及 位于中间电池和底电池之间的第一中间层(7 )，和位于顶电池(19 )与中间电池(10 )之间的第二中间层(11);及 因刻划中间层造成电极短路的隔离线。2.根据权利要求1所述的一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于底电池铜铟镓硒(CIGS) (6)以玻璃或不锈钢基材为衬底(1)，依次沉积背接触层(2)和铜铟镓硒吸收层(3)、缓冲层(4)及氧化锌窗口层(5)。3.根据权利要求1所述的一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于隔离线是两条(23、24)，串联中间电池碲化镉(CdTe) (10)和底电池(6)，且分别位于沟道P2 (21)、P3 (22)的前后。4.根据权利要求1所述的一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于第一中间层(7)为一薄膜，且位于底电池(6)铜铟镓硒窗口层(5)上和中间电池(10)碲化镉电池吸收层(8)之间。5.根据权利要求4所述的一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池，其特征在于中间电池(10)的缓冲层上由依次层叠第二中间层(11)和顶电池(19)非晶硅PIN薄膜层，及顶电池(19)的阴极层(15)、减反层(16)和栅线电极。6.一种高效节能的叠层薄膜太阳能电池制造方法，包括电池串联连接的P...
【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，
申请(专利权)人：李毅，
类型：发明
国别省市：
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