具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件的製作方法
2023-05-31 20:53:26 1
專利名稱：具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及薄膜太陽能電池的光伏器件結構，具體是一種具有變化折射率反射層
的薄膜太陽能電池光伏器件。
背景技術：
傳統的薄膜太陽能電池中，與傳統太陽能電池相比，超薄的薄膜太陽能電池更加 經濟也更具發展前景。然而，目前薄膜太陽能電池轉換效率不高，這主要是由於使用廉價的 玻璃或不鏽鋼替代材料引起的結構缺陷。 一個提高薄膜太陽能電池效率的方法是製造多結 太陽能電池。使用多個PIN結可以捕捉到更寬的太陽能光譜，例如，面對陽光的頂電池比底 電池具有更大的帶隙，因而未被頂電池吸收的長波光子會被底電池所吸收。
如果引入一個中間反射層來反射更多的短波光子可以增加通過頂電池的光學路 徑從而減少損耗、降低成本。更薄的上層也可使光線弱化降低、穩定性提高。例如附圖l所 示的傳統的帶有中間反射層的光伏器件，它包括一層透明基層101，其折射率為nl，101上 方覆蓋了前部電極102，其折射率為n2，一個折射率為n3的抗反射層103覆蓋在102上，在 抗反射層的上方是折射率為n4的第一個PIN結104和折射率為n6的第二個PIN結106，之 間是一個具有固定折射率n5的中間反射層105。 PIN結106上方先是後部反射層107，然後 是後部電極108。為使效率最大化，第一個PIN結104 —般比第二個PIN結106有更大的帶 隙，這樣未被104吸收的長波光子將被接下來的106吸收。為使抗反射層有效，103層的厚 度取n3襯3二 A乂4，其中、是被104和106吸收的具有最大光學密度的目標波長。105 層的厚度取n5襯5二 ^2/2，其中入2是被104吸收的具有最大光學密度的目標波長。理想 狀態下，我們希望長波光子不要被反射而是通過並被106吸收。然而，固定折射率的反射層 會使某些長波光子被反射而不是被106吸收，因而轉換效率受到限制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，在傳統具有反射層的光伏器件基礎上進行改進， 提供一種具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件。 本發明的一個技術方案是該光伏器件包括有位於前部的基層和一號電極，還包 括有位於後部的二號電極，在一號電極和二號電極之間設置有兩層光伏結構，即一號光伏 結構和二號光伏結構，一號光伏結構與二號光伏結構之間具有一個中間反射層；所述中間 反射層在其厚度方向上具有變化的折射率。 所述中間反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。 所述中間反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為SiOxNy，其中
氮含量y/ (x+y)的取值為0 1 。 所述二號光伏結構與一號電極之間還具有一個後部反射層207，後部反射層在其 厚度方向上具有變化的折射率。 所述後部反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。
所述後部反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為Si0xNy，其中 氮含量y/ (x+y)的取值為0 1 。 所述一號光伏結構和二號光伏結構為PIN結或NIP結；所述PIN結和NIP結為非 晶矽或矽結晶材料。 本發明的另一個技術方案是該光伏器件包括有位於前部的基層和一號電極，還 包括有位於後部的二號電極，在一號電極和二號電極之間設置有兩層光伏結構，即一號光 伏結構和二號光伏結構，二號光伏結構與一號電極之間具有一個後部反射層，後部反射層 在其厚度方向上具有變化的折射率。 所述後部反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。 所述後部反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為SiOxNy，其中
氮含量y/ (x+y)的取值為0 1 。 本發明的光伏器件中，反射層折射率在厚度方向上的周期變化會引起較窄光譜範 圍內的反射加強，這對於加強短波光子的反射，使其被第一個結吸收很有效，也改善了器件 的波長選擇。
圖1是傳統的具有反射層的光伏器件的截面結構示意圖；
圖2是本發明第一個實施例的截面結構示意圖； 圖3是反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線的示意圖；
圖4是反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為方波曲線的示意圖；
圖5是本發明第二個實施例的截面結構示意圖； 圖6是本發明中化學式為Si0xNy的反射層材料的折射率與Si02含量的函數關係 曲線圖； 圖7是本發明中化學式為SiOxNy的反射層材料在PECVD設備中形成過程中折射 率與^0氣流量的函數關係曲線圖； 圖8是本發明中化學式為SiOxNy的反射層材料在PECVD設備中形成過程中折射 率與MVSi4比例的函數關係曲線圖。
具體實施方式
實施例一 如圖2所示，一層透明基層201折射率為nl，其上方覆蓋了一號電極202層，其折 射率為n2， 一個折射率為n3的抗反射層203位於折射率為n4的第一個PIN結
( —號光伏結構204)下方，在第一個PIN結( 一號光伏結構204)和第二個PIN結 (二號光伏結構206)之間是一個中間反射層205，其折射率在厚度方向上周期變化。二號 光伏結構206上方先是一個具有固定折射率的後部反射層207然後是二號電極208。為使 效率最大化一號光伏結構204 —般比二號光伏結構206有更大的帶寬，這樣未被204吸收 的長波光子將被接下來的206吸收。 圖3、圖4顯示反射層折射率在厚度方向上周期變化的兩個示例。圖3中所示是按 正弦曲線變化，圖2中所示是按方波曲線變化。儘管只顯示了兩種變化方式，但其他的周期性的折射率變化方式也是可以實現的。空間周期變化會引起較窄光譜範圍內的反射加強，
這對於加強短波光子的反射使其被第一個結吸收很有效。
實施例二 將具有變化折射率的反射層應用於單結電池或是多結電池的後部反射。如圖5所 示，後部反射層207與中間反射層205類似，也具有變化的折射率。我們可以調節底部反射 層的光學帶寬使底部反射層適應吸收帶寬以達到對光能的最大吸收。 上述實施例是以透明基層為例。類似的結構也可以應用於非透明基層。只是一號 電極與後部反射層及二號電極需要交換位置，太陽光從結構的上方射來而不是從結構的下 方。 最有發展前景的一種製造變化折射率反射層的方法是在常規的太陽能電池製造 設備中，以不同的Si02含量來沉澱形成Si0xNy材料。如圖6所示，隨著Si02含量的增加 對Si0xNy的折射率減少。在現有的薄膜太陽能電池的製造設備如PECVD裝置中，Si02的 含量可由N20氣流控制，折射率與N20氣流的相互關係如圖7所示。類似的，如圖8所示， 折射率也可通過NH3/SiH4氣流的比例來調整。
權利要求
一種具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，包括有位於前部的基層(201)和一號電極(202)，還包括有位於後部的二號電極(208)，在一號電極(202)和二號電極(208)之間設置有兩層光伏結構，即一號光伏結構(204)和二號光伏結構(206)，一號光伏結構與二號光伏結構之間具有一個中間反射層(205)，其特徵是所述中間反射層(205)在其厚度方向上具有變化的折射率。
2. 根據權利要求1所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述中間反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。
3. 根據權利要求1所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述中間反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為Si0xNy，其中氮含 量y/(x+y)的取值為0 1。
4. 根據權利要求1 3之一所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器 件，其特徵是所述二號光伏結構與一號電極之間還具有一個後部反射層(207)，後部反射 層在其厚度方向上具有變化的折射率。
5. 根據權利要求4所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述後部反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。
6. 根據權利要求4所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述後部反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為Si0xNy，其中氮含 量y/(x+y)的取值為0 1。
7. 根據權利要求1所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述一號光伏結構和二號光伏結構為PIN結或NIP結。
8. 根據權利要求7所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特徵 是所述PIN結和NIP結為非晶矽或矽結晶材料。
9. 一種具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，包括有位於前部的基層 (201)和一號電極(202)，還包括有位於後部的二號電極(208)，在一號電極(202)和二號電 極(208)之間設置有兩層光伏結構，即一號光伏結構(204)和二號光伏結構(206)，二號光 伏結構與一號電極之間具有一個後部反射層(207)，後部反射層在其厚度方向上具有變化 的折射率。
10. 根據權利要求9所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特 徵是所述後部反射層在厚度方向上的折射率變化曲線為正弦曲線或方波曲線。
11. 根據權利要求9所述的具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件，其特 徵是所述後部反射層的材料為Si02和Si3N4的混合物，其化學式表示為SiOxNy，其中氮 含量y/(x+y)的取值為0 1。
全文摘要
本發明涉及薄膜太陽能電池的光伏器件結構，具體是一種具有變化折射率反射層的薄膜太陽能電池光伏器件。該該光伏器件包括有位於前部的基層和一號電極，還包括有位於後部的二號電極，在一號電極和二號電極之間設置有兩層光伏結構，即一號光伏結構和二號光伏結構，一號光伏結構與二號光伏結構之間具有一個中間反射層；所述中間反射層在其厚度方向上具有變化的折射率。本發明的光伏器件中，反射層折射率在厚度方向上的周期變化會引起較窄光譜範圍內的反射加強，這對於加強短波光子的反射，使其被第一個結吸收很有效，也改善了器件的波長選擇。
文檔編號H01L31/052GK101794832SQ20101011423
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者陳寶興 申請人:鎮江綠洲光伏科技有限公司