一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，包括依光路設(shè)置的分光聚焦部分和共振背反射肩并肩光伏電池結(jié)構(gòu)，所述共振背反射肩并肩光伏電池結(jié)構(gòu)上層為依次排列不同帶隙、不同厚度、不同寬度的半導(dǎo)體材料，底層為由多層薄膜介質(zhì)反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成的背反射鏡，上層和底層之間可有透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的間隔層，各半導(dǎo)體薄膜或間隔層的厚度采用曲邊梯形設(shè)計(jì)或普通梯形設(shè)計(jì)。本發(fā)明能有效地降低薄膜光伏電池中由于光能轉(zhuǎn)換為熱能所產(chǎn)生的損耗，提高光伏電池的效率，同時(shí)可以降低薄膜光伏電池的厚度和制作成本。
【專利說明】一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏電池結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，屬于光伏電池【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去十幾年間光伏發(fā)電得到了快速發(fā)展，基于不同材料的光伏電池不斷涌現(xiàn)，光伏電池的效率不斷提高。然而，由于太陽光譜分布在紅外至紫外這樣的廣譜范圍，太陽光中光子能量小于半導(dǎo)體帶隙的部分很少被半導(dǎo)體所吸收，太陽光中光子能量大于半導(dǎo)體帶隙的能量部分絕大部分將轉(zhuǎn)換為熱量而不是電能，這極大地制約了光伏電池的效率。同時(shí)所產(chǎn)生的熱將使得光伏電池的溫度升高，這也將降低光伏電池的效率并減小光伏電池的壽命。通過級聯(lián)光伏電池(也就是將不同帶隙半導(dǎo)體從高至低、從上到下來排序)的電池結(jié)構(gòu)可以部分地解決該問題。在這些光伏電池中，頂部電池具有較大的帶隙從而吸收較高能量的光子，而較低能量光子通過頂部半導(dǎo)體層進(jìn)入具有較小能帶隙的下部半導(dǎo)體并被吸收。然而由于晶格匹配的要求，可以用來制作級聯(lián)光伏電池半導(dǎo)體材料種類較少，一種級聯(lián)光伏電池的工作介質(zhì)通常只能用2到3種半導(dǎo)體材料，且對工藝要求非常高，成本也比較高。
[0003]此外，為了降低光伏電池的制作成本，超薄光伏電池引起了人們的廣泛關(guān)注。超薄光伏電池不僅有利 于降低光伏電池成本，而且有利于減小光伏電池的內(nèi)阻，增加光生載流子密度，減小光生載流子的搜集時(shí)間從而降低載流子復(fù)合所產(chǎn)生的損耗。這些特征都將有利于提高光伏電池的效率。此外，更薄的半導(dǎo)體薄膜制作更為簡單，且有利于降低薄膜缺陷，增加半導(dǎo)體薄膜中載流子的遷移率。然而在傳統(tǒng)光伏電池中若半導(dǎo)體薄膜厚度過薄，太陽光將不能被完全吸收，這將降低光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，從而需要設(shè)計(jì)合適的陷光結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)太陽能薄膜的吸收。
[0004]為了解決以上兩大問題，本發(fā)明將分光聚焦肩并肩設(shè)計(jì)方案與共振背反射光伏電池結(jié)合起來。通過將不同帶隙的半導(dǎo)體薄膜依次排列，并通過分光聚焦系統(tǒng)將不同頻率的太陽光聚焦到不同的半導(dǎo)體材料上，并使得不同半導(dǎo)體材料上照射的太陽光的光子能量稍大于此半導(dǎo)體材料的帶隙。通過優(yōu)化這些半導(dǎo)體材料的寬度和厚度，以及在這些半導(dǎo)體的背面設(shè)計(jì)合適的共振背反射鏡，從而在超薄的半導(dǎo)體薄膜中分別實(shí)現(xiàn)太陽光的幾乎完全吸收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能有效降低光伏電池中太陽能轉(zhuǎn)換為熱能所產(chǎn)生的損耗，減小薄膜光伏電池中半導(dǎo)體層的厚度，從而提高薄膜光伏電池的效率并降低光伏電池的成本。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，包括依光路設(shè)置的分光聚焦部分和共振背反射肩并肩光伏電池結(jié)構(gòu)，所述共振背反射肩并肩結(jié)構(gòu)上層為依次排列的不同帶隙、不同厚度、不同寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的半導(dǎo)體薄膜，底層為由多層薄膜介質(zhì)反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成的背反射鏡，上層和底層之間可有透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的間隔層，頂層可有透明材料或透明電極構(gòu)成的覆蓋層或保護(hù)層。
[0007]所述的分光聚焦部分由三棱鏡和正透鏡構(gòu)成，通過三棱鏡后波長為的太陽光出射角度為= aresin I/.1sin 2丨，其中A為三棱鏡頂角，!:一 U I = a ? /.* - 為三棱鏡折射率。此波長為Z的太陽光通過焦距為f的正透鏡聚焦，匯聚于正透鏡的焦平面處，此時(shí)光斑的X坐標(biāo)滿足.:Φ;-〕= f.tm&:。若b, C大于O,則波長越長,1 ^ 1越小，Θ'較小,光斑的X坐標(biāo)也比較小。
[0008]所述共振背反射肩并肩結(jié)構(gòu)上層為依次排列不同帶隙、不同厚度、不同寬度的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材的帶隙分別為￡:，￡:, E-:，…半導(dǎo)體材料按照帶隙從小到大從較小X坐標(biāo)向大X坐標(biāo)依次排列，第m種半導(dǎo)體材料位于X(Ayi) = x(hc 和x(x.J = x(hc 之間，其中h和c分別為普朗克常數(shù)和真空光速。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，上述各半導(dǎo)體薄膜厚度采用曲邊梯形設(shè)計(jì)。離中心X處的半導(dǎo)體薄膜厚度為2κ:Ι—Α’“間隔層的厚度為Z 2^，其中為相應(yīng)波長下半導(dǎo)體薄膜的折射率，而廠滿足
【權(quán)利要求】
1.一種共振背反射肩并肩薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，包括依光路設(shè)置的分光聚焦部分和太陽能共振背反射肩并肩結(jié)構(gòu)，所述共振背反射肩并肩結(jié)構(gòu)的上層為依次排列不同帶隙、不同厚度、不同寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的半導(dǎo)體薄膜，各半導(dǎo)體薄膜厚度采用普通梯形設(shè)計(jì)或曲邊梯形設(shè)計(jì)，底層為背反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共振背反射薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，其特征是所述半導(dǎo)體薄膜和背反射鏡之間有透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的間隔層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共振背反射薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，其特征是半導(dǎo)體薄膜的上面設(shè)有透明材料或透明電極構(gòu)成的覆蓋層或保護(hù)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種共振背反射薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，其特征是所述背反射鏡由多層介質(zhì)反射鏡或金屬薄膜構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種共振背反射薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，其特征是半導(dǎo)體薄膜部分由4種不同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，由左至右分別為CdS、Ga0.5In0.5P、InP, GaSb薄膜構(gòu)成，其厚度為曲邊梯形，k/: 2nJz'I ,其中f滿足如下條件tan {ercsim 一 I/.1 (sin tail fare ski [/.-；-1sin = x f □
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種共振背反射薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，其特征是所述半導(dǎo)體薄膜部分最厚處為236nm，最薄處為73nm ;CdS、GaQ 5InQ 5P、InP、GaSb薄膜的寬度分別1.54cm、0.9cm、0.36cm、0.35cm。
【文檔編號】H02S40/22GK104022172SQ201410226811
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】劉江濤, 劉念華 申請人:南昌大學(xué)