专利汇可以提供一种垂直叠层太阳能电池及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种垂直叠层 太阳能 电池 及其制备方法,该电池由上而下依次包括:顶层电池、 中间层 电池、底层电池,底层电池的宽度小于中间层电池的宽度。本发明利用新型二维 半导体 材料制备顶层和底层电池,可以利用更小的厚度实现对太阳光的吸收,减少材料使用量,降低制造成本,并能减小 太阳能电池 的电学损失,提高太阳能电池的转换效率。并且均采用垂直多结结构,相当于是多个pn结 串联 ,所以 输出 电压 高,通过减小电池的周期性重复的基本单元的面积可以降低输出 电流 ,更适合于并网发电。,下面是一种垂直叠层太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于,该电池由上而下依次包括:顶层电池、中间层电池、底层电池,底层电池的宽度小于中间层电池的宽度。
2.根据权利要求1所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中顶层电池包括:
周期性重复的基本单元,两侧掺杂区,两侧电极和减反射层四部分,其中周期性重复的基本单元包括:
第一基区(10),为单层或多层二硫化钨材料,其厚度从1层到100层;
第一掺杂区(11),为单层或多层二硫化钨材料,该第一掺杂区(11)制作在第一基区(10)的一侧,其厚度与第一基区(10)的厚度相同;
第二掺杂区(12),为单层或多层二硫化钨材料,该第二掺杂区(12)制作在第一基区(10)的另一侧,其厚度与第一基区(10)的厚度相同;
相邻的两个基本单元通过第一掺杂区(11)和第二掺杂区(12)串接在一起;
两侧掺杂区为:
第三掺杂区(13),为单层或多层二硫化钨材料,该第三掺杂区(13)制作在最外侧的基本单元的第一掺杂区(11)的外侧,其厚度与第一掺杂区(11)的厚度相同;
第四掺杂区(14),为单层或多层二硫化钨材料,该第四掺杂区(14)制作在另一最外侧的基本单元的第二掺杂区(12)的外侧,其厚度与第二掺杂区(12)的厚度相同;
两侧电极为:
第一电极(15),该第一电极(15)制作在第三掺杂区(13)的上表面,其宽度小于第三掺杂区(13)的宽度;
第二电极(16),该第二电极(16)制作在第四掺杂区(14)的上表面,其宽度小于第四掺杂区(14)的宽度;
减反射层(17),该减反射层(17)制作在周期性重复的基本单元的上表面,覆盖周期性重复的基本单元,覆盖第三掺杂区(13)和第四掺杂区(14)的端部,与第一电极(15)和第二电极(16)相接。
3.根据权利要求1所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中中间层电池包括:周期性重复的基本单元,两侧掺杂区,两侧电极,第一隔离层和第二隔离层五部分,其中周期性重复的基本单元包括:
第二基区(20),为单晶硅材料,厚度小于400微米;
第五掺杂区(21),为单晶硅材料,该第五掺杂区(21)制作在第二基区(20)的一侧,其厚度与第二基区(20)的厚度相同;
第六掺杂区(22),为单晶硅材料,该第六掺杂区(22)制作在第二基区(20)的另一侧,其厚度与第二基区(20)的厚度相同;
相邻的两个基本单元通过第五掺杂区(21)和第六掺杂区(22)串接在一起;
两侧掺杂区为:
第七掺杂区(23),为单晶硅材料,该第七掺杂区(23)制作在最外侧的基本单元的第五掺杂区(21)的外侧,其厚度与第五掺杂区(21)的厚度相同;
第八掺杂区(24),为单晶硅材料,该第八掺杂区(24)制作在另一最外侧的基本单元的第六掺杂区(22)的外侧,其厚度与第六掺杂区(22)的厚度相同;
两侧电极为:
第三电极(25),该第三电极(25)制作在第七掺杂区(23)的下表面,其宽度小于第七掺杂区(23)的宽度;
第四电极(26),该第四电极(26)制作在第八掺杂区(24)的下表面,其宽度小于第八掺杂区(24)的宽度;
第一隔离层(27),该第一隔离层(27)制作在周期性重复的基本单元的上表面,覆盖周期性重复的基本单元,覆盖第七掺杂区(23)和第八掺杂区(24),该第一隔离层(27)位于顶层电池的周期性重复的基本单元的下表面,覆盖顶层电池的第三掺杂区(13)和第四掺杂区(14);
第二隔离层(28),该第二隔离层(28)制作在周期性重复的基本单元的下表面,覆盖周期性重复的基本单元,覆盖第七掺杂区(23)和第八掺杂区(24)的端部,与第三电极(25)和第四电极(26)相接。
4.根据权利要求1所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中底层电池包括:
周期性重复的基本单元,两侧掺杂区,两侧电极,第三隔离层和背反射层五部分,其中周期性重复的基本单元和两侧掺杂区位于中间层电池的第二隔离层(28)的下表面居中位置,宽度小于第二隔离层(28),其中周期性重复的基本单元包括:
第三基区(30),为多层黑磷材料,其厚度从2层到1000层;
第九掺杂区(31),为多层黑磷材料,该第九掺杂区(31)制作在第三基区(30)的一侧,其厚度与第三基区(30)的厚度相同;
第十掺杂区(32),为多层黑磷材料,该第十掺杂区(32)制作在第三基区(30)的另一侧,其厚度与第三基区(30)的厚度相同;
相邻的两个基本单元通过第九掺杂区(31)和第十掺杂区(32)串接在一起;
两侧掺杂区为:
第十一掺杂区(33),为多层黑磷材料,该第十一掺杂区(33)制作在最外侧的基本单元的第九掺杂区(31)的外侧,其厚度与第九掺杂区(31)的厚度相同;
第十二掺杂区(34),为多层黑磷材料,该第十二掺杂区(34)制作在另一最外侧的基本单元的第十掺杂区(32)的外侧,其厚度与第十掺杂区(32)的厚度相同;
两侧电极为:
第五电极(35),该第五电极(35)制作在第十一掺杂区(33)的下表面,其宽度小于第十一掺杂区(33)的宽度;
第六电极(36),该第六电极(36)制作在第十二掺杂区(34)的下表面,其宽度小于第十二掺杂区(34)的宽度;
第三隔离层(37),该第三隔离层(37)制作在周期性重复的基本单元的下表面,覆盖周期性重复的基本单元,覆盖第十一掺杂区(33)和第十二掺杂区(34)的端部,与第五电极(35)和第六电极(36)相接;
背反射层(38),该背反射层(38)制作在第三隔离层(37)的下表面,覆盖第三隔离层(37),与第五电极(35)和第六电极(36)相接。
5.根据权利要求2、3、4所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中所述减反射层(17)、第一隔离层(27)、第二隔离层(28)和第三隔离层(37)的材料为SiC、AlN、Al2O3、SiO2、SiNx中的一种或其组合,其厚度小于2000纳米,背反射层(38)的材料为铝或银,其厚度小于2000纳米。
6.根据权利要求2所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中顶层电池的第一基区(10)为本征半导体或P型掺杂或N型掺杂,第一掺杂区(11)和第三掺杂区(13)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,第三掺杂区(13)的掺杂浓度大于第一掺杂区(11)的掺杂浓度,第一掺杂区(11)的掺杂浓度大于第一基区(10)的掺杂浓度;第二掺杂区(12)和第四掺杂区(14)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,与第一掺杂区(11)和第三掺杂区(13)的掺杂类型相反,第四掺杂区(14)的掺杂浓度大于第二掺杂区(12)的掺杂浓度,第二掺杂区(12)的掺杂浓度大于第一基区(10)的掺杂浓度。
7.根据权利要求3所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中中间层电池的第二基区(20)为本征半导体或P型掺杂或N型掺杂,第五掺杂区(21)和第七掺杂区(23)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,第七掺杂区(23)的掺杂浓度大于第五掺杂区(21)的掺杂浓度,第五掺杂区(21)的掺杂浓度大于第二基区(20)的掺杂浓度;第六掺杂区(22)和第八掺杂区(24)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,与第五掺杂区(21)和第七掺杂区(23)的掺杂类型相反,第八掺杂区(24)的掺杂浓度大于第六掺杂区(22)的掺杂浓度,第六掺杂区(22)的掺杂浓度大于第二基区(20)的掺杂浓度。
8.根据权利要求4所述的一种垂直叠层太阳能电池,其特征在于:其中底层电池的第三基区(30)为本征半导体或P型掺杂或N型掺杂,第九掺杂区(31)和第十一掺杂区(33)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,第十一掺杂区(33)的掺杂浓度大于第九掺杂区(31)的掺杂浓度,第九掺杂区(31)的掺杂浓度大于第三基区(30)的掺杂浓度;第十掺杂区(32)和第十二掺杂区(34)的掺杂类型相同,为N型或P型掺杂,与第九掺杂区(31)和第十一掺杂区(33)的掺杂类型相反,第十二掺杂区(34)的掺杂浓度大于第十掺杂区(32)的掺杂浓度,第十掺杂区(32)的掺杂浓度大于第三基区(30)的掺杂浓度。
9.一种权利要求1-8任一项所述的垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:该方法包含以下步骤:
步骤1:制备中间层电池的周期性重复的基本单元的第二基区(20),第五掺杂区(21),第六掺杂区(22),两侧的第七掺杂区(23)和第八掺杂区(24),第一隔离层(27)以及第二隔离层(28);
步骤2:在中间层电池上表面制备顶层电池的周期性重复的基本单元的第一基区(10),第一掺杂区(11),第二掺杂区(12),两侧的第三掺杂区(13)和第四掺杂区(14)以及减反膜(17);
步骤3:在中间层电池下表面中间位置制备底层电池的周期性重复的基本单元的第三基区(30),第九掺杂区(31),第十掺杂区(32),两侧的第十一掺杂区(33)和第十二掺杂区(34),第三隔离层(37)以及背反射层(38);
步骤4:在第三掺杂区(13)上表面制备第一电极(15),在第四掺杂区(14)上表面制备第二电极(16),在第七掺杂区(23)下表面制备第三电极(25),在第八掺杂区(24)下表面制备第四电极(26),在第十一掺杂区(33)下表面制备第五电极(35),在第十二掺杂区(36)下表面制备第六电极(36)。
10.根据权利要求9所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤1包括以下步骤:
步骤1-1:在单晶硅衬底的一个表面通过掺杂的方法,使其表面附近区域成为第五掺杂区(21),在单晶硅衬底的另一个表面通过掺杂的方法,使其表面附近区域成为第六掺杂区(22),单晶硅衬底未掺杂的中间区域成为第二基区(20),完成基本基片的制备;
步骤1-2:在一个基本基片的第五掺杂区(21)的表面,利用外延工艺制备第七掺杂区(23),完成第一种外侧基片的制备;
步骤1-3:在另一个基本基片的第六掺杂区(22)的表面,利用外延工艺制备第八掺杂区(24),完成第二种外侧基片的制备;
步骤1-4:将多个基本基片按照一个基本基片的第五掺杂区(21)与另一个基本基片的第六掺杂区(22)相接的顺序依次叠放在一起,将第一种外侧基片放在叠放在一起的基本基片的最上部,将第二种外侧基片放在叠放在一起的基本基片的最下部,上述所有基片的第五掺杂区(21)在上,第六掺杂区(22)在下;
步骤1-5:将叠放在一起的基片放入键和机,进行加热加压键和,使相邻基片键和到一起最终形成一个整体;
步骤1-6:沿垂直基片表面方向依次切割键和到一起形成整体的基片,制备出一系列片状长方形的由多个周期性重复的基本单元和两侧掺杂区组成的垂直结构;
步骤1-7:用硝酸、氢氟酸混合溶液腐蚀掉垂直结构表面的损伤层;
步骤1-8:在垂直结构的两个表面分别制备第一隔离层(27)和第二隔离层(28)。
11.根据权利要求9所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤2包括以下步骤:
步骤2-1:在第一隔离层(27)的表面制备单层或多层二硫化钨;
步骤2-2:在单层或多层二硫化钨上通过掺杂的方法制备周期性重复的基本单元的第一基区(10),第一掺杂区(11),第二掺杂区(12)以及两侧的第三掺杂区(13)和第四掺杂区(14)。
12.根据权利要求9所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤3包括以下步骤:
步骤3-1:在第二隔离层(28)的表面制备多层黑磷;
步骤3-2:在多层黑磷上通过掺杂的方法制备周期性重复的基本单元的第三基区(30),第九掺杂区(31),第十掺杂区(32)以及两侧的第十一掺杂区(33)和第十二掺杂区(34);
步骤3-3:在周期性重复的基本单元表面制备第三隔离层(37),第三隔离层(37)覆盖第十一掺杂区(33)和第十二掺杂区(34)的端部;
步骤3-4:在第三隔离层(37)的表面制备背反射层(38)。
13.根据权利要求10所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤1-2和1-3的外延是采用常压外延或磁控溅射非晶硅薄膜后激光快速退火的方法。
14.根据权利要求10所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤1-8制备第一隔离层(27)、第二隔离层(28)是采用热氧化、化学气相沉积、磁控溅射、离子束溅射、喷涂或旋涂的方法。
15.根据权利要求11所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤2-1和步骤3-1是采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、化学镀、金属有机物化学气相沉积或转移印刷的方法。
16.根据权利要求11所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤2-2形成N型掺杂是采用Cl2、CH2Cl2或CHCl3气体中的一种或几种的组合对单层或多层二硫化钨表面进行反应离子刻蚀的方法;形成P型掺杂是采用离子注入铌原子的方法。
17.根据权利要求12所述的一种垂直叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于:其中步骤3-2形成N型掺杂是采用热扩散的方法,扩散源为三甲基铝;形成P型掺杂是采用离子注入硒原子的方法。
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