本發明專利技術公開了一種電池用復合中間反射層及一種多結多疊層硅基薄膜電池。該復合中間反射層包括至少一層中間反射層，每層中間反射層的前一層和后一層均為不含氧或氮的n型摻雜層；所述中間反射層為n型摻雜的SiOx或SiNx。該復合中間反射層通過氧化或氮化比例可以靈活調整折射率以適應多結多疊層的薄膜太陽能電池中不同膜層對不同波段的選擇性反射需求。所需材料均為硅基薄膜主流材料，所用制備工藝均與大規模產業化制造的工藝兼容；采用這種復合中間反射層的多結多疊層薄膜電池相比不采用中間反射層的結構，電池效率將能提高10%以上。
【技術實現步驟摘要】
—種電池用復合中間反射層以及多結多疊層硅基薄膜電池
本專利技術涉及一種具有復合中間反射層結構的薄膜太陽能電池結構，可方便應用于大規模產業化的硅基薄膜太陽能電池的制造技術中。
技術介紹
1994年，瑞士 MT小組率先提出非晶/微晶硅疊層電池的設計概念，獲得轉換效率為9.1%的電池，這種疊層電池結構被認為是獲得高效率、高穩定性硅基薄膜太陽能電池的有效途徑。但是這種串聯疊層結構面臨著一個挑戰，即受光誘導衰減的限制，通常a-Si電池的厚度必須適當減薄，而由于厚度較薄，其電流通常限制著串聯器件的電流；1996年，Fischer D等首次提出在疊層電池中加入ZnO中間反射層可使電池的量子效率和短路電流得到顯著改善，由此獲得了 13.1%的電池轉換效率，中間反射層的引入被認為是解決非晶層減薄所造成的效率損失的有效途徑之一 ；2006年，Kaneka開發出一種新的中間層材料，其在600nm波長的折射率為1.7，對短波光線具有更好的反射效果，利用該材料制備的疊層電池效率達到13.4%，但是此中間層的材料和結構并未披露。隨后對ZnO基中間反射層的研究中發現，當ZnO的厚度小于IOOnm時，頂電池的短路電流密度Jsc隨中間反射層厚度的增加呈線性增加，研究指出作為中間反射層的ZnO材料的厚度應小于lOOnm。但是對于工業生產來說，ZnO基中間反射層存在兩個主要缺陷，首先是需要額外的非原位沉積步驟來沉積ZnO基中間反射層，其次是需要額外的激光劃刻來進行整體系列的相互連接，以避免電池模組部分的側向分流。2008年，Buehlmann等提出摻雜SiOx作為中間反射層,通過原位沉積即可實現，實驗證實此SiOx基中間反射層的折射率接近2，并且具有較好的電學性質，制備出頂電池、SiOx基中間反射層、底電池厚度分別為270nm，95nm和1800nm的非微晶電池，其效率達到 12.2% (Voc=L 40V, FF=71.9%, Jsc=12.1mA/cm2)。中間反射層的概念是在頂底電池之間弓丨入一個薄的反射層，在不增加頂電池吸收層厚度的情況下，增加頂電池的光吸收，從而提高頂電池的短路電流密度。通常中間反射層的折射率(1.5〈n〈2.2)要低于Si的折射率(nSi?4),這樣才能在頂電池中起到反射光的作用，同時中間反射層必須要透明，具有較小的光吸收系數，盡可能減少活性層以外對光吸收產生的電流損失；同時中間反射層還應具有較好的電導率，避免阻礙電流。在多結多疊層硅基薄膜太陽能電池的制造技術中，如何控制電池光致衰減和提升電池效率一直是最為重要的兩個課題。而中間反射層技術的提出很好的化解了此相互矛盾的課題，使得在減薄亞穩態非晶層厚度的同時，電池的穩定性得到提高，電池效率不會損失甚至會得到提高。而中間反射層的導電性能和選擇性反射性能一直是能否有效提升電池性能的關鍵，盡管陸續有不同設計和不同材料的中間反射層被提出和應用，但是此問題并未得到很好的解決。多年來IMT、Julich、Kaneka等知名學術機構和公司一直致力于中間層的研究和開發，但大多為單層設計的中間層，據我們所知，迄今為止公開文獻上尚未有人提出本專利技術所描述的新型復合結構的中間反射層。而采用單層設計存在過厚的中間層引起的諸多問題:(1)中間反射層通過引入氧元素來調節折射率，厚的單層結構氧化膜本身電導率不佳，不利于電池效率的進一步提升；(2)中間層通常置于前層PIN結的η型層中，單層結構會削弱電池內部內建電場，導致開路電壓有所損失；(3)單層結構僅存在一個選擇性反射界面，而多層復合結構存在多個反射界面，相比較更有利于提高光線的選擇性反射，從而使短波光線更有效的反射而被前層電池所吸收。
技術實現思路
針對傳統中間反射層技術中存在的缺陷，例如膜層電導率低、選擇性反射效果差，提出一種復合中間反射層及相應的電池結構，所述的復合中間反射層為多層交替的復合結構，優點如下:(I)提升中間反射層電導率；(2)增加反射幾率而改善選擇性反射效果；(3)有效保持電池PIN結構的結電場。這樣，一方面可以提升不同能隙材料對其特定波段光能的有效吸收，提高該結電池的電流密度和電壓；另一方面可以改善電池電導率，減少轉換電能在電池內部的損耗。為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是:本專利技術的技術方案之一:一種電池用復合中間反射層，該復合中間反射層是包括至少一層中間反射層的多層膜結構，與每層中間反射層相鄰的前一層和后一層均為不含氧或氮的η型摻雜層；所述中間反射層為摻雜的η型SiOx或SiNx膜層；所述η型摻雜層為η型摻雜的μ C-Si1^xGex,η型摻雜的μ c-S1、η型摻雜的a-SihGe^n型摻雜的a_Si, η型摻雜的μ c_SiC、n型摻雜的a-SiC半導體材料層中的一種或多種，其中O≤X≤I。優選，按照光線入射順序，后一層中間反射層的折射率要低于前一層中間反射層的折射率，且每一層中間反射層的折射率在1.46~3.5之間。優選，所述中間反`射層的數量為1-7層。所述中間反射層優選為η型摻雜的SiOx材料，采用等離子體增強化學氣相沉積方法形成，制備條件優選是:襯底溫度為150°C~400°C，工藝壓力為0.2mbar~5mbar，射頻功率密度 50W/cm2 ~250mW/cm2，(0.5%PH3/H2)/SiH4 的體積流量比為 3 ~15，C02/SiH4 的體積流量比0.5~5，SiH4/H2的體積流量比為0.005~0.1 ;所述各層中間反射層厚度總和為10nm_80nmo所述中間反射層也優選為η型摻雜的SiNx材料，采用等離子體增強化學氣相沉積方法形成，制備條件優選是:襯底溫度為150°C~400°C,工藝壓力為0.2mbar~5mbar,射頻功率密度50mff/cm2~250mff/cm2, (0.5%PH3/H2)/SiH4的體積流量比為3~15，NH3/SiH4的體積流量比0.2~2，SiH4/H2的體積流量比為0.005~0.1，所述中間反射層厚度為10nm-80nm。其中0.5%PH3/H2表示PH3與H2的混合氣體，而PH3體積分數為0.5%。所述η型摻雜層的每一層的厚度優選為lnm-20nm。優選位于兩層中間反射層之間的η型摻雜層厚度為2.5nm-3.5nm,位于中間反射層外層的η型摻雜層的厚度為llnm-13nm。本專利技術的技術方案之二:一種多結多疊層硅基薄膜電池，在每兩個相鄰的PIN結之間有上述的復合中間反射層。優選為以下電池結構之一:(I)基片 /TCO/n-μ C-SihGex/!-μ C-SihGeyp-μ C-SihGex/ 復合中間反射層 /η~u c-Si/1-μ c-Si/ρ-μ c-Si/ 復合中間反射層 /n-A-Si^xGexZ1-A-Si^xGexZp-A-S!L1-JiGex/復合中間反射層/n-A-Si/1-A-Si/p-A-Si/復合中間反射層/η_μ c-SiC/1-μ c_SiC/P-μ c-SiC/ 復合中間反射層 /n-A-SiC/1-A-SiC/p-A-SiC/TCO/ 減反射膜；(2)基片 ACO/n-μ C-Si1^Gex/i_μ C-Si1^GexZp-U C-Si1^Gex/ 復合中間反射層 /n~u c-Si/1-μ c-本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種電池用復合中間反射層，其特征是，該復合中間反射層是包括至少一層中間反射層的多層膜結構，與每層中間反射層相鄰的前一層和后一層均為不含氧或氮的n型摻雜層；所述中間反射層為摻雜的n型SiOx或SiNx膜層；所述n型摻雜層為n型摻雜的μc?Si1?xGex、n型摻雜的μc?Si、n型摻雜的A?Si1?xGex、n型摻雜的A?Si，n型摻雜的μc?SiC、n型摻雜的A?SiC半導體材料層中的一種或多種，其中0≤x≤1。
【技術特征摘要】
1.一種電池用復合中間反射層，其特征是，該復合中間反射層是包括至少一層中間反射層的多層膜結構，與每層中間反射層相鄰的前一層和后一層均為不含氧或氮的η型摻雜層；所述中間反射層為摻雜的η型SiOx或SiNx膜層；所述η型摻雜層為η型摻雜的μ C-Si1^xGex, η型摻雜的μ c_S1、η型摻雜的A-SipxGe^ η型摻雜的A_Si，η型摻雜的μ c-SiC、η型摻雜的A-SiC半導體材料層中的一種或多種，其中OχI。2.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，按照光線入射順序，后一層中間反射層的折射率低于前一層中間反射層的折射率，且每一層中間反射層的折射率在1.46~3.5之間。3.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，所述中間反射層的數量為1_7 層。4.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，所述中間反射層為η型摻雜的SiOx材料，采用等離子體增強化學氣相沉積方法形成，制備條件是:襯底溫度為150°C~400 0C，工藝壓力為 0.2mbar ~5mbar，射頻功率密度 50W/cm2 ~250mW/cm2，(0.5%PH3/H2) /SiH4的體積流量比為3~15 (0.5%PH3/H2為PH3混合于載氣H2中的總體積分數為0.5%)，C02/SiH4的體積流量比0.5~5，SiH4/H2的體積流量比為0.005~0.1 ;所述中間反射層的總厚度為10nm-80nm。5.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，所述中間反射層為η型摻雜的SiNx材料，采用等離子體增強化學氣相沉積方法形成，制備條件是:襯底溫度為I5O °C~400 °C，工藝壓力為0.2mbar~5mbar,射頻功率密度5OmW/cm2~250mW/cm2,(0.5%PH3/H2)/SiH4的體積流量比為3~15，NH3/SiH4的體積流量比0.2~2，SiH4/H2的體積流量比為0.005~0.1，所述中間反射層的總厚度為10nm-80nm。6.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，所述每層η型摻雜層的厚度為 lnm_20nmo7.根據權利要求1所述電池用復合中間反射層，其特征是，位于兩層中間反射層之間的η型摻雜層厚度為2.5nm-3.5nm,位于中間反射層外層的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：譚學仕，李廷凱，張峰，毛炳雪，
申請(專利權)人：湖南共創光伏科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。