專利名稱：一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法及結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法及結構，屬于太陽 能發(fā)電技術領域。
背景技術：
銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點，光 電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本則是晶體硅電池的 三分之一，被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。此外，該電池具有 柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻 等，在現(xiàn)代化高層建筑等領域有很大市場。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池通常包括基底、下電極 層(Mo)、光吸收層(CIGS)、緩沖層(ZnS或CdS)、透明導電薄膜層和反反射層，如專利號為 200810187542所公開的太陽能電池元件。但是由于光的傳播的特性，當太陽光進入電池池 體后，只能沿小傾角的折射方向通過光吸收層。因此，要進一步提高銦鎵硒太陽能電池光電 轉化效率，可設法讓入射光以較大傾角通過光吸收層，以延長光子在電池池體中的有效傳 播路徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法及結 構。它可以改變?nèi)肷涔庾拥膫鞑シ较蛞匝娱L光子在電池池體中的有效傳播路徑，從而有效 降低光吸收層的厚度和提高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。本發(fā)明的技術方案一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特征 在于在銅銦鎵硒太陽能電池頂部的透明導電薄膜層和光吸收中間形成一個衍射光柵，來 改變?nèi)肷涔庾拥膫鞑シ较蛞匝娱L光子在光吸收層中的有效傳播路徑，從而有效降低吸收層 的厚度和提高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。前述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法中，所述衍射光柵為周期性 調(diào)制結構。前述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法中，所述周期性調(diào)制結構的 衍射光柵為正弦波狀光柵和矩形波狀光柵。前述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法中，所述光柵的重復周期和 深度根據(jù)所選入射光波長范圍，通過嚴格耦合波分析(RCWA)方法確定，以抑制其零級衍射 光并增強較大傾斜角的一級衍射光來延長光子在光吸收層中的有效傳播路徑。實現(xiàn)上述方法的一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特征在 于在銅銦鎵硒太陽能電池的透明導電薄膜層、光吸收層之間設有由緩沖層和透明導電薄 膜層的接觸面構成的衍射光柵結構。前述述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構中，所述衍射光柵為周期 性調(diào)制結構。
前述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構中，所述周期性調(diào)制結構的 衍射光柵為正弦波狀光柵和矩形波狀光柵。前述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構中，所述衍射光柵的重復周 期P在10納米和2微米之間，而深度D在10納米和1微米之間。本發(fā)明的優(yōu)選方案為重復周期P為300納米士50%，而深度D為200納米 士 30%。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過在銅銦鎵硒太陽能電池的頂部設置光柵，且光柵由 太陽能電池本身材料構成，光柵可產(chǎn)生衍射，使入射光子的傳播方向發(fā)生改變(衍射光的 傾角較大)，并延長光子在電池池體中的有效傳播路徑，從而有效降低光吸收層的厚度和提 高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。本發(fā)明既可以使用于非直接帶隙半導體光伏 材料，又可有效使用于高吸收率的直接帶隙銅銦鎵硒太陽能電池。使用本發(fā)明方法的銅銦 鎵硒太陽能電池，在傳統(tǒng)銅銦鎵硒太陽能電池的基礎上，最大可提高光電轉化效率25%以 上，光吸收層的厚度可降低于原來的四分之一。


圖1是本發(fā)明矩形波形態(tài)衍射光柵的結構示意圖；圖2是本發(fā)明正弦波形態(tài)衍射光柵的結構示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的效果對比圖。附圖中的標記1_反反射層，2-透明導電薄膜層，3-緩沖層，4-光吸收層，5-下電 極層，6-基底。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。實施例。一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特征在于在銅銦 鎵硒太陽能電池頂部的透明導電薄膜層和光吸收中間形成一個衍射光柵，來改變?nèi)肷涔庾?的傳播方向以延長光子在光吸收層中的有效傳播路徑，從而有效降低吸收層的厚度和提高 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。所述衍射光柵為周期性調(diào)制結構。所述周期性 調(diào)制結構的衍射光柵為正弦波狀光柵和矩形波狀光柵。所述光柵的重復周期和深度根據(jù)所 選入射光波長范圍，通過嚴格耦合波分析(RCWA)方法確定，以抑制其零級衍射光并增強較 大傾斜角的一級衍射光來延長光子在光吸收層中的有效傳播路徑。實現(xiàn)上述方法的一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的兩種結構1、矩形波狀光柵結構(如圖1所示)。銅銦鎵硒太陽能電池由底部向上依次為基底6、下電極層5(Mo)、光吸收層 4 (CIGS)、緩沖層3 (ZnS或CdS)、透明導電薄膜層2和反反射層1，本發(fā)明在銅銦鎵硒太陽能 電池的透明導電薄膜層(2)、光吸收層(4)之間設有由緩沖層(3)和透明導電薄膜層(2)的 接觸面構成的衍射光柵結構。衍射光柵結構為矩形波狀。矩形波狀光柵結構的重復周期和 深度可根據(jù)所選入射光波長范圍來優(yōu)化設計，重復周期P可在10納米和2微米之間，而深 度D在10納米和1微米之間。
優(yōu)選方案為衍射光柵的重復周期P為300納米士50%，而深度D為200納米 士 30%。2、正弦波狀光柵結構(如圖2所示)。銅銦鎵硒太陽能電池由底部向上依次為基底6、下電極層5(Mo)、光吸收層 4 (CIGS)、緩沖層3 (ZnS或CdS)、透明導電薄膜層2和反反射層1，本發(fā)明在銅銦鎵硒太陽能 電池的透明導電薄膜層(2)、光吸收層(4)之間設有由緩沖層(3)和透明導電薄膜層(2)的 接觸面構成的衍射光柵結構。衍射光柵結構為正弦波狀。正弦波狀光柵結構的重復周期和 深度可根據(jù)所選入射光波長范圍來優(yōu)化設計，重復周期P可在10納米和2微米之間，而深 度D在10納米和1微米之間。優(yōu)選方案為衍射光柵的重復周期P為300納米士50%，而深度D為200納米 士 30%。使用重復周期110納米，深度為400納米的衍射光柵，入射光為自然光(包含全波 段的太陽光)，具體光柵使用效果如圖3所示使用本發(fā)明光柵結構的銅銦鎵硒太陽能電池 在光吸收層為500納米時就幾乎可以飽和吸收；且在使用不同光吸收層厚度時，其光電轉 化率普遍比未使用本發(fā)明光柵結構的銅銦鎵硒太陽能電池要高。此效果在薄光吸收層時尤 為明顯。
權利要求
一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特征在于在銅銦鎵硒太陽能電池頂部的透明導電薄膜層和光吸收中間形成一個衍射光柵，來改變?nèi)肷涔庾拥膫鞑シ较蛞匝娱L光子在光吸收層中的有效傳播路徑，從而有效降低吸收層的厚度和提高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。
2.根據(jù)權利要求1所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特征在 于所述衍射光柵為周期性調(diào)制結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特征在 于所述周期性調(diào)制結構的衍射光柵為正弦波狀光柵和矩形波狀光柵。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法，其特 征在于所述衍射光柵的重復周期和深度根據(jù)所選入射光波長范圍，通過嚴格耦合波分析 方法確定，以抑制其零級衍射光并增強較大傾斜角的一級衍射光來延長光子在光吸收層中 的有效傳播路徑。
5.一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特征在于在銅銦鎵硒太陽 能電池的透明導電薄膜層(2)、光吸收層(4)之間設有由緩沖層(3)和透明導電薄膜層(2) 的接觸面構成的衍射光柵結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特征在 于所述衍射光柵為周期性調(diào)制結構。
7.根據(jù)權利要求6所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特征在 于所述周期性調(diào)制結構的衍射光柵為正弦波狀光柵和矩形波狀光柵。
8.根據(jù)權利要求5、6或7所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特 征在于所述衍射光柵的重復周期P在10納米和2微米之間，而深度D在10納米和1微米 之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的結構，其特征在 于所述衍射光柵的重復周期P為300納米士50%，而深度D為200納米士30%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高銅銦鎵硒太陽能電池光電轉化效率的方法及結構，其特征在于在銅銦鎵硒太陽能電池頂部的透明導電薄膜層和光吸收中間形成一個衍射光柵，來改變?nèi)肷涔庾拥膫鞑シ较蛞匝娱L光子在光吸收層中的有效傳播路徑，從而有效降低吸收層的厚度和提高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉化效率。使用本發(fā)明方法的銅銦鎵硒太陽能電池，在傳統(tǒng)銅銦鎵硒太陽能電池的基礎上，最大可提高光電轉化效率25％以上，光吸收層的厚度可降低于原來的四分之一。
文檔編號H01L31/18GK101916800SQ20101025297
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權日2010年8月13日
發(fā)明者任宇航 申請人:浙江尚越光電科技有限公司