串联型薄膜太阳能电池及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种串联型薄膜太阳能电池，所述串联型薄膜太阳能电池包括：第一导电层，形成于透明衬底上，阳光被输入到所述透明衬底；顶太阳能电池层，形成于所述第一导电层上；和底太阳能电池层，层叠在所述顶太阳能电池层上，与所述顶太阳能电池层串联连接。基于所述底太阳能电池层的光生电流决定所述薄膜太阳能电池层的总光生电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在太阳能电池的
中，已经开发了一种具有高功率产生效率的太阳能电池。作为一个例子，已经研究了串联型太阳能电池。常规的串联型太阳能电池设置有透明绝缘衬底和形成于该衬底上的第一透明电极。将顶太阳能电池层叠在第一透明电极上，且将底太阳能电池层叠在顶太阳能电池上。第二透明电极形成于底太阳能电池上，且背电极形成于第二透明电极上。顶太阳能电池设置有P型硅层(非晶硅层)、1型硅层(非晶硅层) 和N型硅层(非晶硅层)，所有这些层以该顺序层叠。而且，底太阳能电池设置有P型硅层 (结晶硅层)、I型硅层(结晶硅层)和N型硅层(结晶硅层)，所有这些层以该顺序层叠。从透明绝缘衬底的一侧进入的阳光部分在顶太阳能电池经受转化为电能的第一光电转化。然后，在顶太阳能电池中未被吸收的阳光的组分经受转化为电能的第二光电转化。因此，在太阳的正午经过的时刻，阳光光谱中紫外区域相对增加，且在此刻在阳光的光谱下产生的功率最高。常规地，为了实现高功率产生效率，如此设计太阳能电池使得顶太阳能电池中的光生电流决定整个太阳能电池中的光生电流。在该情况中，如果使太阳能电池的膜厚度增大，每个电池中的光生电流变大。因此，使顶太阳能电池的膜厚恒定来固定顶太阳能电池中的光生电流，之后，调整底太阳能电池的膜厚。由此，自由地设定顶太阳能电池和底太阳能电池中光生电流的平衡。即，在常规的太阳能电池中，顶太阳能电池的光生电流决定了整个太阳能电池的总光生电流。但是，当考虑一年中的功率产生效率时，在顶太阳能电池决定总光生电流的情况下，在太阳能电池中存在以下的问题。问题之一在于当在早晨和傍晚、冬季等阳光入射角度低时，以及当在多云的天气下紫外线被吸收时，功率产生减小，尽管功率产生在太阳正午经过的时刻会稍稍增加。而且，另一问题在于在作为顶太阳能电池的非晶硅太阳能电池中，光退化率高，使得在光退化之后，顶太阳能电池中的功率产生效率降低，引起不稳定的功率产生效率。即，需要一种制造技术，在考虑到光退化量的情况下，以高再现性形成具有预定膜厚度的顶太阳能电池，从而在稳定化之后实现预期的效率。结合上述的技术，形成了如以下的报告。在由新能源和工业技术发展组织(New Energy and Industrial Technology Development Organization)所作白勺 2003 i 平价 艮告“Research and Development of Photovoltaic Power GenerationTechnology Silicon Crystalline Type Thin-Film Solar Cell ModuleManufacturing Technology Development (2) ”中，报道了一种利用“非晶硅/中间透明层/薄膜多晶硅”混合结构的内部光俘获技术，其中在顶太阳能电池(非晶硅太阳能电池)和底太阳能电池(薄膜多晶硅太阳能电池)之间引入了中间透明层。作为考虑将上述结构应用到大面积模块用于改善模块性能的结果，对于具有3825cm2的开口面积(9 IOmm X 455mm衬底尺寸)的混合模块，实现了 13. 5%的初始转化效率。还显示了即使在大面积的条件下，上述结构的混合模块在功率产生效率上也是卓越的。而且，还考虑了能够在室外获得高功率产生效率的太阳能模块。在相同阳光量的条件下，在一天中产生的功率的变化上相互比较了两种混合模块一种其总光生电流由顶太阳能电池决定；而另一种其总光生电流由底太阳能电池决定。作为比较的结果，在总光生电流由顶太阳能电池决定的规则下的混合模块表现出了比在总光生电流由底太阳能电池决定的规则下的混合模块高10%的生成功率，因为在阳光量变得接近Ikw/ m2的正午经过时刻，空气质量(air mass)值接近1. 0。另外，对于两种混合模块，通过使用 SMAP(光谱匹配分析程序)检测了在曝光之后对于外部环境和稳定化的温度依赖性。分析结果指出最大输出的改变相应于一天中阳光光谱的改变和模块温度的改变。因此，证实了在总光生电流的由顶太阳能电池决定的规则下的混合模块在高阳光量和低空气质量下具有更高的功率产生效率。通过光辐射加速试验，证实了具有中间层的顶太阳能电池的F. F 与常规的混合电池相比，在稳定化之后变得更高。而且，在5SUN、20小时和50°C的光辐射条件下可以获得超过90%的保持率(retention rate)。另外，当薄膜多晶硅电池中的每个 P/I/N层形成于同一室中用于提高生产能力时，其性能等同于每个P/I/N层形成于分开的室中的常规电池的性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种串联型薄膜太阳能电池，其具有在一年中高的功率产生效率且可以以高产率被制造。在本专利技术的一个方面中，串联型薄膜太阳能电池包括第一导电层，形成于透明衬底上，阳光被输入到所述透明衬底；顶太阳能电池层，形成于第一导电层上；和底太阳能电池层，层叠在所述顶太阳能电池层上，与所述顶太阳能电池层串联连接。基于所述底太阳能电池层的光生电流从而决定所述薄膜太阳能电池层的总光生电流。本专利技术的另一个方面涉及一种串联型薄膜太阳能电池的设计方法，该串联型薄膜太阳能电池包括第一导电层，形成于透明衬底上，阳光被输入到所述透明衬底；顶太阳能电池层，形成于所述第一导电层上；和底太阳能电池层，层叠在所述顶太阳能电池层上，与所述顶太阳能电池层串联连接；该设计方法的特征在于，固定所述顶太阳能电池的膜厚而调节底太阳能电池的膜厚，以基于所述底太阳能电池层的光生电流决定所述薄膜太阳能电池层的总光生电流。这里，薄膜太阳能电池可以还包括设置于顶太阳能电池层和底太阳能电池层之间的中间透明层。在该情况中，所述中间层可以由选自aiO、ITO(氧化铟锡)和SnO2作为主要组分的材料形成。所述中间层的厚度可以为约50nm。而且，对于600到1200nm的波长的光，所述中间透明层的吸收率优选地等于或小于1%。中间透明层可以用于将应当被用于顶太阳能电池层中的功率产生的阳光的波长区域反射到顶太阳能电池。而且，顶太阳能电池的膜厚优选地在200到400nm的范围，且底太阳能电池的膜厚优选地在1到2. 5 μ m的范围。更优选地，底太阳能电池的膜厚在1. 5到2. 0 μ m的范围。而且，在1. 5的AM(空气质量)的阳光光谱条件下，所述底太阳能电池层中的光生电流可以等于或小于顶太阳能电池层中的光生电流。而且，在安装薄膜太阳能电池层的位置在三月或九月的中午的阳光光谱的条件下，所述底太阳能电池层中的光生电流可以等于或小于顶太阳能电池层中的光生电流。在该情况中，在1.5的AM(空气质量)的阳光光谱条件下，所述底太阳能电池层中的光生电流优选地等于或小于顶太阳能电池层中的光生电流，该差值小于ImA/cm2。而且，顶太阳能电池层包括P型层、I型层和N型层，且优选地所述I型层是非晶层。底太阳能电池层包括P型层、I型层和N型层，且优选地所述I型层是结晶层。在该情况中，当顶太阳能电池层的P型、I型和N型层可以以该顺序在第一导电层上形成时，底太阳能电池层的P型、I型和N型层可以以该顺序从第一导电层的一侧形成，或当顶太阳能电池层的N型、I型和P型层可以以该顺序在第一导电层上形成时，底太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种串联型薄膜太阳能电池的设计方法，该串联型薄膜太阳能电池包括：第一导电层，形成于透明衬底上，阳光被输入到所述透明衬底；顶太阳能电池层，形成于所述第一导电层上；和底太阳能电池层，层叠在所述顶太阳能电池层上，与所述顶太阳能电池层串联连接；该设计方法的特征在于，固定所述顶太阳能电池的膜厚而调节底太阳能电池的膜厚，以基于所述底太阳能电池层的光生电流决定所述薄膜太阳能电池层的总光生电流。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野要治，山下信树，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP