专利名称：机械组装太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池，具体是指一种由二个单独的太阳能电池通过机械组装可以极大提高对太阳能的利用效率和太阳能电池的光电转换效率的机械组装太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池是将光能直接转化成电能的器件，对于单结太阳能电池，即便是用晶体材料制备，其光电转换效率的理论极值一般在AMl. 5的光照条件下也仅有25%左右。这是因为太阳光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都仅能吸收其中能量比其能隙值高的光子。其余的光子不是透过电池被背电极金属吸收转变成热能，就是将能量传递给电池材料本身的原子，使材料本身发热。这些能量都不能通过产生光生载流子变成电能。 不仅如此，这些光子产生的热效应还会升高电池工作温度而使电池性能下降。为了最大程度地有效利用更宽广波长范围内的太阳光能量，太阳光谱可以被分成连续的若干部分，用能量宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这样就有可能最大限度地将太阳光能转换成电能，具有这种结构的太阳能电池称为叠层电池。叠层太阳能电池的设计难题在于要寻找两种晶格匹配良好的半导体材料，其禁带宽度将引起高效率的能量转换。此外，在理想的情况下，电池导带的最上层应该有与底层价带大约相同的能量，这使得顶端半导体的电子被太阳光激发后能够很容易的从导带进入底部半导体晶格的孔(价带)，电子在价带上又被不同波长的太阳光激发。这样一来，两部分的电池一起工作，像两个串联的蓄电池，并且总功率与两个电池的功率总和相等。但是，如果在接合处价带和导带没有被正确的匹配，当电子流过时就会因为由此产生的电阻造成功率损耗。例如，高效率的GaAs/Ge叠层电池早在1987年就制备出来了，结果证明由于电流不匹配而不能应用。另外就是实际应用中叠层电池的稳定性问题。传统的叠层电池的制备方法有两种，一种是机械堆叠法，先制备出两个独立的太阳能电池，一个高带宽，一个低带宽。然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面；另一种是一体化的方法，先制备出一个完整的太阳能电池，再在该电池上生长或直接沉积第二层电池。由于太阳能电池大都对温度、材料交叉污染十分敏感，而太阳能电池的制备往往涉及沉积不同材料及高温工艺。因此这种一体化结构的叠层电池有局限性、有固有缺陷。机械堆叠法制备的叠层电池，工艺集成则会简单很多，因为它仅仅是各自分立的层，只需对分立的单层进行加工，而无需进行电流匹配，也不再需要考虑晶格匹配。但机械叠层结构的太阳能电池本身也具有一定程度的复杂性，这包括如何构成机械叠层，以及如何从分立的子电池中提取电流。并且，结构的复杂性也增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于不仅提供一种光谱吸收范围广，光电转换效率高的机械组装太阳能电池，而且提供的该太阳能电池的两个子太阳能电池彼此不受干扰，结构简单，有效解决了传统叠层电池存在的问题。本发明的机械组装太阳能电池，包括一由聚合物构成的箱体，箱体内有二个以角度θ固定在聚合物箱体壁上的子电池，该角度θ是由二个子电池的入射光面的夹角形成的，箱体的顶面盖有能透过太阳光的玻璃顶盖，由此形成一个三角形的入射光区。所说的二个子电池一个为相对较长波长的长波子电池，另一个为相对较短波长的短波子电池。所说的角度θ = θ 1+ θ 2彡90°，cos θ "cos θ 2 = L2A10 θ 为短波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，θ 2为长波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角。 L1为短波子电池的长度，L2为长波子电池的长度。当θρ Θ 2不为零时，短波子电池的入射光面上必须置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片，长波子电池的入射光面上必须置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片。当θ 2为零时，所说的角度θ = θρ θ = arccoslvli，只需在短波子电池的入射光面上置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片。当Q1为零时，所说的角度θ = θ2，θ =Mcc0sL1Zl2，只需在长波子电池的入射光面上置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片。所说的聚合物为EVA、PBD、含氟聚合物、聚碳酸酯、聚氨酯中的任一种。所说的短波子电池为非晶硅、碲锌镉、碲化镉和碲锰镉太阳能电池中的任一种，主要用于吸收太阳光谱中波长较短的光。所说的长波子电池为单晶硅、多晶硅、微晶硅和铜铟镓硒太阳能电池中的任一种， 主要用于吸收太阳光谱中波长较长的光。本发明的优点在于不仅扩展了对太阳光谱的吸收范围，提高了光电转换效率，而且还有效解决了传统叠层电池存在的问题。
图1为实施例1的一种机械组装太阳能电池的剖面结构示意图。图2为实施例2的一种机械组装太阳能电池的剖面结构示意图。图3为本发明的短波子电池的剖面结构示意图。图4为本发明的长波子电池的剖面结构示意图。
具体实施例方式下面给出本发明的较佳实施例，并结合附图做详细说明。实施例1见图1，该机械组装太阳能电池，包括一由聚合物构成的箱体1，箱体内有二个以角度θ固定在聚合物箱体壁上的子电池，该角度θ是由二个子电池的入射光面的夹角形成的，箱体的顶面盖有能透过太阳光的玻璃顶盖2，由此形成一个三角形的入射光区3。短波子电池4为碲锌镉太阳能电池，可吸收偏向较短波长的高能太阳光。长波子电池5为单晶硅太阳能电池，可吸收偏向长波的低能太阳光。
碲锌镉太阳能电池的结构见图3，包括玻璃衬底4-1，在玻璃衬底上依次沉积有透明导电氧化物前电极层4-2、η型CdS窗口层4-3、ρ型碲锌镉吸收层4_4、背面电极4_5。 在碲锌镉太阳能电池的透明导电氧化物前电极层4-2和背电极4-5上焊铟，接出引线作为碲锌镉太阳能电池的负极和正极(图中未画)。单晶硅太阳能电池的结构见图4，包括单晶硅半导体η型层5-2和ρ型层5_3形成的ρη结、在η型层5-2上沉积有表面电极5_1、在ρ型层5_3上沉积有背面电极5_4。在单晶硅太阳能电池的表面电极5-1和背面电极5-4上焊铟，接出引线作为单晶硅太阳能电池的负极和正极(图中未画)。所说的角度θ = Q1+θ ,,Q1为短波子电池5的背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，θ 2为长波子电池6的背面电极与箱体底面垂线形成的夹角。本实施例中θ2为零， 即，θ = θι，θ = arccoslVk，式中1^为短波子电池的长度，L2S长波子电池的长度。短波子电池的入射光面上，即，玻璃衬底4-1上置有或沉积有一能透射短波反射长波的滤光片6。滤光片6为Ti02、Ta2O5, ZrO2, SiO2材料中的任一种。所说的聚合物为EVA、PBD、含氟聚合物、聚碳酸酯、聚氨酯材料中的任一种。当入射太阳光进入入射光区3时，短波太阳光经滤光片6透射进入碲锌镉太阳能电池的吸收层，产生光电流；长波太阳光经滤光片6反射进入单晶硅太阳能电池，产生光电流。这样不仅充分地利用了太阳光能，提高了光电转换效率，而且还有效解决了传统叠层电池存在的问题。同时也可Q1为零，g卩，θ = θ2, θ = arccosL/h，这时长波子电池的入射光面上，即，表面电极5-1上需置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片7。而短波子电池的入射光面上无需覆盖滤光片6。实施例2见图2，该机械组装太阳能电池与实施例1基本相同，不同之处在于碲锌镉太阳能短波子电池4和单晶硅太阳能长波子电池5的二个入射光面所形成的夹角为θ = θ1+θ2，即，θ ” θ2不为零，且 θ 1+θ2 彡 90° , cos θ /cos θ 2 = L2/Li; Q1 为短波子电池 4的背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，θ 2为长波子电池5的背面电极与箱体底面垂线形成的夹角。L1为短波子电池的长度，L2为长波子电池的长度。由此，短波子电池的入射光面上需置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片6， 长波子电池的入射光面上需置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片7。当入射太阳光进入入射光区3时，短波太阳光经滤光片6透射进入碲锌镉太阳能电池的吸收层，长波太阳光经滤光片6反射进入单晶硅太阳能电池的吸收层；长波太阳光经滤光片7透射进入单晶硅太阳能电池的吸收层，短波太阳光经滤光片7反射进入碲锌镉太阳能电池的吸收层。这样经过多次来回振荡，充分地利用了太阳光能，有效提高了太阳能电池的光电转换效率。
权利要求
1.一种机械组装太阳能电池，包括一由聚合物构成的箱体(1)，其特征在于箱体内有二个以角度θ固定在聚合物箱体壁上的子电池，该角度θ是由二个子电池的入射光面的夹角形成，箱体的顶面盖有能透过太阳光的玻璃顶盖( ，由此形成一个三角形的入射光区 ⑶；所说的二个子电池一个为相对较长波长的长波子电池(5)，另一个为相对波长较短的短波子电池⑷；所说的角度θ = Θ1+Θ2<90° ,Coseyc0Se2 = L2Zl1, θ工为短波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，θ 2为长波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，L1为短波子电池的长度，L2为长波子电池的长度；当θ” θ 2不为零时，短波子电池的入射光面上必需置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片(6)，长波子电池的入射光面上必需置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片⑵。
2.根据权利要求1的一种机械组装太阳能电池，其特征在于所说的角度Q= QnQ2 为零，θ =MCC0sL2ZL1，需在短波子电池的入射光面上置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片(6)。
3.根据权利要求1的一种机械组装太阳能电池，其特征在于所说的角度Q= QyQ1 为零，θ =Mcc0sL1ZL2，需在长波子电池的入射光面上置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片(7)。
4.根据权利要求1的一种机械组装太阳能电池，其特征在于所说的聚合物为EVA、 PBD、含氟聚合物、聚碳酸酯、聚氨酯中的任一种。
5.根据权利要求1的一种机械组装太阳能电池，其特征在于所说的短波子电池为非晶硅、碲锌镉、碲化镉和碲锰镉太阳能电池中的任一种，主要用于吸收太阳光谱中波长较短的光。
6.根据权利要求1的一种机械组合太阳能电池，其特征在于所说的长波子电池为单晶硅、多晶硅、微晶硅和铜铟镓硒太阳能电池中的任一种，主要用于吸收太阳光谱中波长较长的光。
全文摘要
本发明公开了一种机械组装太阳能电池，包括一由聚合物构成的箱体，箱体内有二个通过聚合物以角度θ固定的子电池，该角度θ是由二个子电池的入射光面的夹角形成的，箱体的顶面盖有能透过太阳光的玻璃顶盖，由此形成一个三角形的入射光区。该二个子电池一个为相对较长波长的长波子电池，另一个为相对较短波长的短波子电池。二个子电池的入射光面分别置有能透射短波反射长波的滤光片和能透射长波反射短波的滤光片。这种结构不仅扩展了对太阳光谱的吸收范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，而且该二个子电池是独立的两个太阳能电池，彼此不受干扰，结构简单，有效解决了传统叠层电池存在的问题。
文档编号H01L31/0232GK102437208SQ20111040493
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者张传军, 曹鸿, 潘建亮, 王善力, 褚君浩, 邬云骅 申请人:上海太阳能电池研究与发展中心