一种双面薄膜太阳能电池.pdf

本发明公开了一种双面薄膜太阳能电池，该双面太阳能电池为在透明衬底的一面制备有宽带隙的碲镁镉薄膜太阳能电池，另一面制备有窄带隙的铜铟镓硒薄膜太阳能电池；碲镁镉薄膜太阳能电池是由p型碲镁镉吸收层、n型硫化镉缓冲层构成，铜铟镓硒薄膜太阳能电池是由p型铜铟镓硒吸收层、n型硫化镉缓冲层构成。本发明由两种不同禁带宽度的材料制备在透明衬底的两面，不仅拓展了对太阳光谱的吸收范围，提高了对太阳辐射能的利用率，还解决了叠层太阳能电池的缺点，如晶格失配和光生电流不易匹配等。本发明没有采用隧道结，而是将两个子电池分别制备于透明衬底的两面，有利于简化工艺流程，降低太阳能电池的生产成本。

权利要求书1.  一种双面薄膜太阳能电池，其特征在于：所述双面太阳能电池包括一透明衬底，所述透明衬底一面设有宽带隙的碲镁镉薄膜太阳能电池，另一面设有窄带隙的铜铟镓硒薄膜太阳能电池。 2.  根据权利要求1所述的双面薄膜太阳能电池，其特征在于：所述碲镁镉薄膜太阳能电池包括由内到外依次设置的第一透明导电层、碲镁镉吸收层、硫化镉缓冲层和透明导电窗口层。 3.  根据权利要求1所述的双面薄膜太阳能电池，其特征在于：所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括由内到外依次设置的硫化镉缓冲层、铜铟镓硒吸收层、第二透明导电层和Ag反射层。 4.  根据权利要求1所述的双面薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明衬底为刚性透明玻璃、柔性透明聚酰亚胺和柔性透明塑料中的任一种。 5.  根据权利要求1所述的双面薄膜太阳能电池，其特征在于：所述第一透明导电层和所述第二透明导电层为ITO、AZO、FTO中的一种。

说明书一种双面薄膜太阳能电池
技术领域
本发明涉及双面薄膜太阳能电池，具体是指碲镁镉和铜铟镓硒双面太阳能电池。
背景技术
太阳能电池的推广和应用要考虑其转换效率和生产成本因素，目前太阳能电池界正寻求新的材料和电池结构来提高转换效率和降低成本。
太阳能电池市场上主流的是晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池，两者各具优劣，晶体硅太阳能电池工艺成熟，光电转换效率相对较高，但材料消耗和电池成本很高；薄膜太阳能电池制备在廉价的衬底上，材料消耗和电池成本很低，但光电转化效率还有待提高。
为了更大限度地利用太阳辐射能，提高太阳能电池转换效率的同时降低生产成本，可以在廉价衬底上制备叠层薄膜太阳能电池，即在衬底上首先制备底电池，在底电池上沉积隧道结后再制备顶电池，太阳光首先进入宽带隙的子电池并被选择性吸收相对短波长的高能太阳辐射能，经过透明衬底后进入窄带隙的子电池并被选择性吸收相对长波长的低能太阳辐射能，Coutts等人认为顶电池和底电池最佳禁带宽度分别为1.6～1.8eV和1.0～1.1eV。不过叠层太阳能电池两个子电池之间晶格和光生电流较难匹配，而且需要制备隧道结，可能出现稳定性问题。
双面太阳能电池将两个禁带宽度不同的子电池制备在透明衬底的两面，让短波长的光被宽带隙的子电池吸收、长波长的光被窄带隙的子电池吸收，其效果同样是提高了低成本薄膜太阳能电池的光电转换效率。
碲镁镉（Cd1-x MgxTe）是三元化合物半导体材料，MgTe和CdTe的晶格常数失配低至0.7％，相容性好，随着组分x从0到1变化碲镁镉的禁带宽度从1.45eV到3.5eV变化，当x=0.08时Cd0.92 Mg0.08Te的禁带宽度接近1.6eV。
铜铟镓硒（CuIn1-xGaxSe2）是四元化合物半导体材料，随着组分x从0到1变化其禁带宽度从1.04eV到1.69eV变化，当x=0.13时CuIn0.87Ga0.13Se2的禁带宽度接近1.1eV。铜铟镓硒是直接带隙半导体材料，其可见光波段的吸收系数高达105cm-1数量级，铜铟镓硒薄膜太阳能电池抗辐射能力强，稳定性好，不会出现光致衰减即S-W效应，弱光特性也好。
发明内容
本发明提出一种在廉价的透明衬底两面分别制备碲镁镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池，构成一种碲镁镉/铜铟镓硒双面太阳能电池。
本发明的双面太阳能电池包括：透明衬底，在透明衬底受光面上制备选择性吸收短波长高能量太阳辐射能的碲镁镉顶子电池、在透明衬底背光面制备选择性吸收长波长低能量太阳辐射能的铜铟镓硒底子电池。
所述的碲镁镉顶子电池，由在廉价透明衬底受光面上依次沉积的第一透明导电层、p型碲镁镉吸收层、n型硫化镉缓冲层和透明导电窗口层构成。
所述铜铟镓硒底子电池，由在廉价透明衬底背光面上依次沉积的n型硫化镉缓冲层、p型铜铟镓硒吸收层、第二透明导电层和Ag反射层构成。
所述透明衬底为刚性透明玻璃、柔性透明聚酰亚胺、柔性透明塑料中的任一种。
所述第一透明导电层和所述第二透明导电层为ITO、AZO、FTO中的一种。
本发明由两种不同禁带宽度的材料制备在透明衬底的两面，不仅拓展了对太阳光谱的吸收范围，提高了对太阳辐射能的利用率，还解决了叠层太阳能电池的缺点，如晶格失配和光生电流不易匹配等。本发明没有采用隧道结，而是将两个子电池分别制备于透明衬底的两面，有利于简化工艺流程，降低太阳能电池的生产成本。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明碲镁镉/铜铟镓硒双面太阳能电池结构示意图。
附图标记说明：1-透明衬底，2-第一透明导电层，3-p型碲镁镉吸收层，4-n型硫化镉缓冲层，5-透明导电窗口层，6-n型硫化镉缓冲层、7-p型铜铟镓硒吸收层、8-第二透明导电层，9-Ag反射层。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
在透明衬底1的一面磁控溅射沉积厚度为500nm的第一透明导电层2，其中透明衬底1为刚性透明玻璃、柔性透明聚酰亚胺、柔性透明塑料中的任一种，第一透明导电层2为ITO、AZO、FTO中的一种。
在第一透明导电层2上共蒸发Mg和CdTe形成1500nm左右的p型碲镁镉吸收层3，衬底温度为300～400℃。
在p型碲镁镉吸收层3上采用化学水浴法沉积厚度为100nm的n型硫化镉缓冲层4。
将沉积有第一透明导电层2、p型碲镁镉吸收层3和n型硫化镉缓冲层4的衬底放置在温度为380～400℃、压力为10mbar的通有CdCl2气体的Ar/O2环境中退火，形成碲镁镉/硫化镉异质结。
在n型硫化镉缓冲层4上沉积厚度为50～100nm的透明导电窗口层5。
在透明衬底1的另一面采用化学水浴法沉积厚度为100nm的n型硫化镉缓冲层6。
在n型硫化镉缓冲层6上采用多元共蒸发法生长厚度为1000～2000nm的p型铜铟镓硒吸收层7，即以Cu、In、Ga、Se作蒸发源，蒸发时所挥发出来的元素沉积在加热的衬底上反应形成铜铟镓硒薄膜。共蒸发时第一步是在衬底温度350℃左右同时蒸发In、Ga和Se到衬底上，形成(InGa)2Se3化合物；第二步是在衬底温度550℃左右，同时蒸发Cu和Se形成微富Cu的铜铟镓硒薄膜；第三步是在衬底温度550℃左右，同时蒸发In、Ga和Se，形成富Ⅲ族元素的铜铟镓硒薄膜表面。
在p型铜铟镓硒吸收层7上沉积厚度为50～100nm的第二透明导电层8。
在第二透明导电层8上热蒸发100～300nm的Ag反射层9，构成碲镁镉/铜铟镓硒双面太阳能电池。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。