专利名称：薄膜太阳能电池的超白反射层的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能光伏器件领域，特别涉及到基于氢化硅薄膜的太阳能电池。
技术背景近年来，光伏电池和大面积光伏模块的发展引起了世人的广泛关注。尤其是氢化非晶硅 和纳米晶硅，它们随着光伏器件在商业和住宅设施中的广泛应用，显示出巨大的潜力。在 260°C以下这样较低的温度下生产薄膜硅光伏器件的一个显著特点是，大面积沉积的与硅相 关的半导体膜层和电接触膜层具有优良性能。同时，使用良好成熟的镀膜设备和程序，可以 工业化地制成低成本的模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺(laser patterning)允许多个太阳能电池元件在薄膜沉积过程中直接形成集成式的大面积光伏模块， 减少了加工步骤也改善了产品的可靠性。对于光伏器件，特别是薄膜光伏器件来讲，使其性能优良的关键是优化半导体光电转换 层对光能的吸收，并同时减少器件中的光损耗。在很薄的吸收层里能够最大限度的吸收光能， 是高转换效率的必备条件。包括氢化非晶硅和纳米晶哮的氢化薄膜硅所构成的太阳能电池通 常具有p-i-n结构，其中p层和n层是不活跃的"死层"，它们在非掺杂的i层(吸收层)中 建立一个内置电场，从而使得光致载流子被有效的收集。其吸收层的厚度一般只有几百个微 米，最多不超过大约2000微米。而且氢化硅薄膜的红光和红外光的吸收系数都比较低，所以 有很大部分的阳光不能被有效的利用起来。通常基于氢化硅薄膜的p-i-n结构被夹在前后两个 电极(电接触层)中，而形成完整的光伏元件。通常使用的前电极必须具有良好的透明度和 导电性，它通常是由透明导电氧化物(TCO)构成，譬如厚度为600-900纳米的被掺杂的氧 化锡或氧化锌薄膜。后电极通常由一个TCO和不透光的金属薄膜共同组成，其一个重要作用 就是将未被吸收的光反射回p-i-n结构之中。已经尝试过各种各样的办法来改善对光的吸收， 其中包括使用粗糙的透明前电极，以增强光的散射。另外，也使用过反光率较高的背电极， 使得未被吸收的光再一次被投回到电池中。对于非晶硅电池来讲，吸收层i层也不能做得很 厚，原因是该材料具有光质衰减的缺陷。所以卓越的光学设计对于像氢化硅这样的薄膜太阳 能电池的转换效率起有决定性作用。当前生产包含非晶硅，非晶硅锗合金和纳米晶硅的基于薄膜硅的光伏模块时,.ZnO/Al(氧 化锌/铝)是人们选择的标准材料。 一个常见的p-i-n型光伏器件的层状结构包括玻璃基板；透明导电的前电极；基于薄膜的p-i-n结构，分别包括p层、i层和n层；透明导电氧化物(氧 化锌)和金属薄膜(银或者铝)。实验室中制作的高效率氢化硅薄膜太阳能电池是以氧化锌和 银(ZnO/Ag)作为背电极。然而，这种ZnO/Ag的配合会产生明显的分流(shunt)，分流又会 致使能量转化率低，这个问题在大面积光伏模块的生产中尤其明显。随着时间的推移，银会 失去本身的光泽，ZnO/Ag制成的背电极的反光能力就会降低。银自身的扩散能力很强，随着 银渗透到薛层中，会逐渐产生分痺，这影响了光伏模块的使用寿命。而且，限制银的用量有 助于降低光伏模块的生产成本。相比之下，ZnO/Al制作的薄膜光伏模块更长寿、更可靠，因为铝不易导致分流现象，这 对于大面积模板的生产非常有利。但是和ZnO/Ag相比，铝的光反射能力差很多，所以限制 了光电转换效率。因为光伏模块的成本很大程度上取决于它的能量转化效率(输出功率)，所 以欠佳的背反射器严重限制了这种器件的商业吸引力。所以，很有必要寻求一种反射性接近或超过ZnO/Ag，而稳定性又不亚于ZnO/Al的具有 足够导电性的高反射背电极。发明内容基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的提高基于氢化硅的薄膜太阳能光伏器 件的转换效率。本发明的另一个目的是，提供一个新颖的背反射结构，以改善太阳能电池对长波光的响应。为了达到上述目的，本发明描述了一种可以使薄膜太阳能电池的背反光性大大增强的办 法。 一种适用于氢化硅薄膜太阳能电池的超白反射层是用于光学镜面的反光涂层材料，譬如BaS04，它们具有极高的从紫外光到红外光的反射率(通常超过98%),而且非常稳定，这对 于长期在户外使用的光伏器件是一个很重要的考虑。为了将这种高反射超白反射层结合到薄 膜光伏器件中，传统的覆盖在电池背面的金属膜(譬如银或铝)必须被排除掉，完全被透明 导电材料取代。将反射材料施加在透明背电极上，譬如是氧化锌膜层，取代通常薄膜太阳能 电池所使用的金属薄膜。这种太阳能电池背面施加的超白反射层可以将绝大部分穿过透明背 电极的未被吸收的长波光反射回光电转换区域。这种反射过程的效率要明显高于任何金属背 电极的反射性，因为金属薄膜的反射不可避免的导致光吸收损耗。
下面结合附图和实施例对本发明做进二步说明。 附图显示了一个依据本发明构成的薄膜太阳能电池的层状结构。
具体实施方式
如附图所示， 一个p-i-tl型光伏器件，它的结构沿光的入射方向依次包括 一个玻璃基板 1; 一个透明前电极2,包括臂如是氧化锡的透明导电氧化物(TCO); —个或多个由基于氢化硅薄膜构成的p-i-n型光伏单元8 (多个p-i-n型光伏单元叠加而成的器件被称做多结太阳 能电池)；一个透明背电极22,它可由一个透明导电氧化物(第二TCO)构成，譬如氧化锌 膜层； 一个超白反射层84。超白反射层对波:长不超过1^)0纳米的光的反射率不小于95%，且 该反射层可以是一个稳定的绝缘体，半导体或导体。当该超白反射层不具有良好导电性时， 透明背电极的膜层电阻不大于60Q/。。这种透明背电极可由厚度不小于350纳米的铝或镓掺 杂的氧化锌薄膜构成，其厚度不小于700纳米，以避免光伏模板的电阻损失。氧化锌的制作 方法为磁控溅射和化学气相沉积法。所述的超白反射层由譬如BaS04的制作超亮光学反射镜 面的材料构成。
权利要求
1. 一个p-i-n型光伏器件，它的结构沿光的入射方向依次包括一个玻璃基板；一个透明前电极，包括譬如是氧化锡的透明导电氧化物(TCO)；一个或多个由基于氢化硅薄膜构成的p-i-n型光伏单元；一个透明背电极，它可由一个透明导电氧化物(第二TCO)膜层构成；一个超白反射层。其特征在于超白反射层的红光和红外光反射率大于95％，且该反射层是一个稳定的绝缘体，半导体或导体，当该超白反射层不具有良好导电性时，透明背电极的膜层电阻不大于60Ω/□。
2、 根据权利要求l所述的p-i-n型光伏器件，其特征在于所述的透明背电极为厚度不 小于350纳米的铝或镓摻杂的氧化锌薄膜，其制作方法为磁控溅射和化学气相沉积法。
3、 根据权利要求1所述的p-i-n型光伏器件，其特征在于:所述的超白反射层由譬如BaS04 的制作超亮光学反射镜面的材料构成。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜太阳能电池的超白反射层。薄膜太阳能电池的反光背电极由一个足够厚的透明导电氧化物(TCO)薄膜和一个施加在其后的具有高度光反射性的超白反射层构成，使得弱吸收的长波光在TCO与超白反射层的界面被反射回太阳能电池的半导体吸收层，从而增强光捕获能力和光电转换效率。
文档编号H01L31/075GK101246930SQ20071000509
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者李沅民, 昕 马 申请人:北京行者多媒体科技有限公司