CN201360009Y - 一种非晶硅太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非晶硅太阳能电池，属于太阳能电池技术领域，非晶硅太阳能电池由串联集成的子电池构成，包括在透明基板上依序层叠的前电极层、非晶硅薄膜层和背电极层，且由激光刻划出隔离槽，其特征是在非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有防止子电池短路的绝缘台阶。有益效果是：绝缘台阶可以防止子电池短路，使电池前电极层隔离槽与背电极隔离槽之间的区域能实现光电转换，从而实现增大电池子电池光电转化的有效面积，提高非晶硅太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种非晶硅太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及一种薄膜太阳能电池，尤其涉及一种非晶硅太阳能电池，属于非晶硅太阳能电池技术领域。

背景技术

目前，实现产业化应用的太阳能电池以晶体硅太阳能电池和硅基薄膜太阳能电池为主。其中，硅基薄膜太阳能电池因其成本低和性价比高，在光伏建筑一体化(BIPV)等领域拥有晶体硅太阳能电池无法比拟的优势。尽管如此，由于现有的硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率仍然较低，硅基薄膜太阳能电池的发电成本仍远高于普通市电的成本，因此，提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率，以进一步降低其发电成本，已成为太阳能光伏行业面临的一大难题。

太阳能电池的光电转换效率定义为：

$\mathrm{\η}=\frac{p_m}{p_m}\×100\%=\frac{V_m\·I_m}{p_m}\×100\%=\frac{V_{\mathrm{oc}}\·I_{\mathrm{sc}}\·\mathrm{FF}}{p_m}\×100\%$

其中，P_in为太阳光的入射功率，V_oc和I_sc分别是太阳能电池的开路电压和短路电流，FF为填充因子，在入射光功率P_in一定的条件下，为了增大太阳能电池的光电转换效率就必须增大V_oc、I_sc或者FF，由于太阳能电池短路电流的大小主要取决于电池光电转换的有效面积，因此，增大太阳能电池的有效面积能有效增大电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

目前，硅基薄膜太阳能电池普遍采用内联式的结构，如中国专利95104992.5《内联式非晶硅太阳能电池及制造方法》中介绍的内联式非晶硅太阳能电池结构，是采用激光或化学腐蚀的方法形成前电极层的隔离槽，非晶硅薄膜层的刻划槽，背电极的隔离槽，将非晶硅太阳能电池的子电池串联起来。目前，内联式非晶硅太阳能电池的子电池的有效面积近似取决于子电池的正电极和负电极之间的垂直相对的面积，而电池中前电极隔离槽和背电极隔离槽之间的区域不能实现光电转化，从而损失了部分电池的光电效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种带有绝缘台阶的内联式非晶硅太阳能电池结构，该绝缘台阶可以防止电池短路，增大电池光电转化的有效面积，提高非晶硅太阳能电池的光电转换效率。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种非晶硅太阳能电池，由串联集成的子电池构成，包括在透明基板上依序层叠的前电极层、非晶硅薄膜层和背电极层，且由激光刻划出隔离槽，其特征是在非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有防止子电池短路的绝缘台阶。

所说的非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极层的隔离槽相邻边沿之间的绝缘台阶是透明绝缘层，该透明绝缘层可以是二氧化硅或其他透明的绝缘层。

所说的非晶硅薄膜层的刻划槽与背电极层的隔离槽相邻边沿之间的绝缘台阶可以是由透明或不透明的绝缘材料制成。其中透明绝缘材料可以采用二氧化硅，不透明的绝缘材料可以采用不透明的聚合物绝缘材料。

非晶硅薄膜层和背电极层之间设有一层增反射膜，该增反射膜可以是氧化锌铝膜。

非晶硅薄膜层的刻划槽内由导电材料形成电池内子电池电极串联的连接线。

本实用新型的有益效果是：

在非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有防止子电池短路的绝缘台阶，该绝缘台阶可以使电池前电极层隔离槽与背电极隔离槽之间的区域能实现光电转换，从而实现了增大电池子电池光电转化的有效面积，提高了非晶硅太阳能电池的光电转换效率。而且本实用新型在前电极层上的绝缘台阶是由透明绝缘材料制成，不影响非晶硅薄膜层对光的吸收，保证了非晶硅太阳能电池的发电效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中I部分的放大图。

图3是实施例2的示意图。

图4是实施例4的示意图。

图5是本实用新型的电场示意图。

见图1至图5，透明基板1，前电极层2，非晶硅薄膜层3，增反射膜4，背电极层5，前电极层的绝缘台阶6，非晶硅薄膜层的绝缘台阶7，前电极层的隔离槽8，非晶硅薄膜层的刻划槽9，背电极层的隔离槽10。

下面结合附图详细说明本实用新型的结构。见图1，非晶硅太阳能电池是由串联集成的子电池构成，包括在透明基板1上依序层叠的前电极层2、非晶硅薄膜层3和背电极层5，由激光刻划出隔离槽，且在非晶硅薄膜层的刻划槽9与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有防止子电池短路的绝缘台阶，即形成前电极层2的绝缘台阶6和非晶硅薄膜层的绝缘台阶7。

激光刻划形成的前电极层2、非晶硅薄膜层3和背电极层4的隔离槽或刻划槽的槽宽是0.2～0.4mm，在前电极层隔离槽8和非晶硅薄膜层刻划槽9相邻边沿之间敷设透明绝缘层形成前电极层2的绝缘台阶6，该透明绝缘层是二氧化硅或其他透明绝缘材料；在非晶硅薄膜层刻划槽9和背电极层隔离槽10相邻边沿之间敷设绝缘层形成背电极层5的绝缘台阶7，该绝缘台阶7是由透明或不透明的绝缘材料构成。

具体实施方式

实施例1：

见图1，用激光刻划非晶硅太阳能电池的前电极层2，形成宽度为0.4mm的前电极层2的隔离槽8；并在前电极层2上制作一个绝缘台阶6，该绝缘台阶是由二氧化硅透明绝缘材料构成。前电极层的绝缘台阶6实际上是：在前电极层隔离槽8的一右侧壁以及邻近该侧壁的前电极层2上镀一层厚度约100nm的透明的二氧化硅绝缘层，该透明绝缘层不影响非晶硅薄膜层对太阳光的吸收。其中，二氧化硅绝缘层6是采用中频磁控溅射方法制成，采用中频磁控溅射的方法镀二氧化硅绝缘层6，靶材为硅靶，工作气体是氧气和氩气，其流量比约为1比10，工作气压为3×10^-1Pa，工作电压410V。采用PECVD方法沉积非晶硅薄膜层3，依次沉积P、I、N层；用激光刻划非晶硅薄膜层3，形成宽度为0.4mm的非晶硅薄膜层的刻划槽9，该刻划槽9的左侧边沿与前电极层的绝缘台阶的一侧边沿重合。非晶硅薄膜层3的刻划槽内填充有导电材料，使各子电池的电极相互连接，实现各子电池的串联连接，形成内联式结构。且在非晶硅薄膜层3上制作一个绝缘台阶7，该绝缘台阶7可以是由透明绝缘材料制成。非晶硅薄膜层2的绝缘台阶7实际上是在刻划槽9的右侧壁以及邻近该侧壁的非晶硅薄膜层3上镀一层厚度约100nm的透明绝缘层。在非晶硅薄膜层3上，采用磁控溅射设备镀一层厚约150nm的氧化锌铝增反射膜4，在制备该增反射层的同时，将氧化锌铝导电材料填充至非晶硅薄膜层3的刻划槽9内，使各子电池的电极相互串联连接。采用连续磁控溅射设备在增反射膜4上镀一层厚约250nm的背电极层5。用激光刻划增反射膜4和背电极层5，形成背电极层的隔离槽10，背电极层的隔离槽10的深度为氧化锌铝层4和背电极层5的总厚度，背电极层的隔离槽10的左侧边沿与非晶硅薄膜层的绝缘台阶的一侧边沿重合。

在非晶硅薄膜层的刻划槽9与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有绝缘台阶，可以防止电池短路，使前电极层隔离槽与背电极层隔离槽之间的区域也能实现光电转化，增大光电转化的有效工作面积，从而提高发电效率。前电极层的绝缘台阶6和非晶硅薄膜层的绝缘台阶7能实现增大电池的有效工作面积的原因是：若在前电极层上没有绝缘台阶6，前电极层的隔离槽8与非晶硅薄膜层的刻划槽9之间对应的区域，该区域中的非晶硅薄膜光电转换层被本节子电池的负极(N层)和下节子电池的正极(P层)短路，导致此区域不能实现光电转化，成为无效区域。同理，若在非晶硅薄膜层上没有绝缘台阶7，会导致非晶硅薄膜层的刻划槽9与背电极层的隔离槽10之间对应的区域不能实现光电转化。而在前电极层2和非晶硅薄膜层3上设有绝缘台阶后，上述被短路的区域可以实现光电转化，成为有效的工作区域，其原理如图5所示，因为边缘电场的存在，使得上述前电极层隔离槽与背电极隔离槽之间被短路的区域中的正、负载流子在电场力的作用下，分别向同一节子电池的P层(正极)和N层(负极)移动，被P层和N层收集，增大了非晶硅薄膜层3产生的光生电流，从而提高了非晶硅太阳能电池的光电转换效率。即使载流子的运动方向不在电极间电场的方向上，也会有部分载流子因相互的碰撞而改变运动方向，从而被P层和N层收集。在前电极层2和非晶硅薄膜层3上设有绝缘台阶，可以增大电池的有效面积，即增大电池的短路电流I_sc，从而增大非晶硅太阳能电池的光电转换效率。

实施例2：

本实施例的实施方式同实施例1，不同之处是非晶硅薄膜层3的绝缘台阶7是由不透明的绝缘材料制成。在前电极层隔离槽8与非晶硅薄膜层刻划槽9边沿之间制作绝缘台阶6，该绝缘台阶6是由透明的绝缘材料制成。在非晶硅薄膜层刻划槽9与背电极层隔离槽10边沿之间制作绝缘台阶7，该绝缘台阶7是由不透明的聚合物绝缘材料制成。其中前电极层的隔离槽和非晶硅薄膜层的刻划槽的槽宽为0.3mm。

实施例3：

本实施例的实施方式同实施例2，不同之处是非晶硅薄膜层3的绝缘台阶7是由透明的绝缘材料制成。在前电极层隔离槽8与非晶硅薄膜层刻划槽9边沿之间制作绝缘台阶6，该绝缘台阶6是由透明的绝缘材料制成。在非晶硅薄膜层刻划槽9与背电极层隔离槽10边沿之间制作绝缘台阶7，该绝缘台阶7是由能耐250℃左右高温的不透明的聚合物材料制成。其中前电极层的隔离槽和非晶硅薄膜层的刻划槽的槽宽为0.2mm。

实施例4：

见图4，本实施例的实施方式同实施例1，不同之处是背电极层5的隔离槽10的底部位于非晶硅薄膜层3上的绝缘台阶7上。在设有绝缘台阶7的非晶硅薄膜层3上制作氧化锌铝增反射膜4和背电极层5，用激光刻划增反射膜4和背电极层5，形成背电极层5的隔离槽10，该隔离槽10的底部位于非晶硅薄膜层3上的绝缘台阶7上，可以防止背电极层的封装材料中的化学物质通过背电极层的隔离槽10向非晶硅薄膜层3渗透，从而起到保护非晶硅薄膜层3的目的，其中绝缘台阶7是由透明的二氧化硅绝缘材料制成，非晶硅薄膜层3的刻划槽9的宽度是0.4mm。

Claims (6)

1、一种非晶硅太阳能电池，由串联集成的子电池构成，包括在透明基板(1)上依序层叠的前电极层(2)、非晶硅薄膜层(3)和背电极层(5)，且由激光刻划出隔离槽，其特征是在非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极、背电极层的隔离槽相邻边沿之间均设有防止子电池短路的绝缘台阶。

2、根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池，其特征在于所说的非晶硅薄膜层的刻划槽与前电极层的隔离槽相邻边沿之间的绝缘台阶是透明绝缘层。

3、根据权利要求2所述的非晶硅太阳能电池，其特征在于所说的绝缘台阶是由二氧化硅透明绝缘层构成。

4、根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池，其特征在于所说的非晶硅薄膜层(3)和背电极层(5)之间设有一层增反射膜。

5、根据权利要求4所述的非晶硅太阳能电池，其特征在于所说的非晶硅薄膜层(3)和背电极层(5)之间的增反射膜是氧化锌铝膜。

6、根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池，其特征在于非晶硅薄膜层的刻划槽，其槽内由导电材料形成电池内子电池电极串联的连接线。

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