CN101593792A - 薄膜太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜太阳能电池的制造方法，在薄膜太阳能电池的制造过程中，TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极中的至少一层采用PECVD工艺形成，根据本发明，用于硅薄膜太阳能电池中的一层或多层TCO膜层是在与形成p－i－n氢化硅薄膜的同一个PECVD设备中所形成，能够大幅度降低生产成本并提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜太阳能电池的制造方法。
背景技术
随着能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发和利用越来越受到人们的关注，尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。作为太阳能转换媒介的太阳能电池，特别是近年来出现的氢化非晶硅或纳米晶硅薄膜太阳能电池，以其大面积、低成本、可生成在轻薄衬底上并易于铺设安装等优势代表着光伏技术的发展趋势。
氢化非晶硅和纳米晶硅薄膜太阳能电池(以下简称薄膜太阳能电池)为叠层结构，通常包括p-i-n光电单元，其中，p层和n层在非掺杂的本征i层(吸收层)中建立一个内置电场，从而使光致载流子被有效的收集。p-i-n光电单元被夹在前后两个电极中形成完整的光伏元件。通常使用的前电极必须具有良好的透明度和导电性，由透明导电氧化物(TCO)组成，例如氧化锡或氧化锌薄膜。后电极通常由一个TCO和不透光的金属薄膜共同组成，其一个重要作用就是将未被吸收的光反射回p-i-n光电单元之中。通常，具有单一p-i-n光电单元的薄膜太阳能电池的转换效率通常比较低，因此多采用数个p-i-n光电单元叠加技术，也就是将两个或更多个p-i-n光电单元重叠在一起形成一个多结太阳能电池。每一个p-i-n光电单元中的i层可以是非晶硅或具有比非晶硅能带隙小的材料，包括：非晶硅锗合金和纳米晶硅。这种多结太阳能电池具有更高的转换效率。图1所示为一个双结薄膜太阳能电池的结构示意图，其沿着入射光180的入射方向依次包括：玻璃基板100，TCO前电极110，通常为氧化锡、氧化锌或铟锡氧化物(ITO)，第一个p-i-n光电单元120，一个具有反射效应的TCO复合层130，第二个p-i-n光电单元140，TCO背电极150，通常为氧化锌，以及金属反射膜层160和玻璃背板170。在这个器件结构中，TCO在三处被使用，所以TCO的形成工艺和性能对于薄膜太阳能电池的生产和转换效率起决定性作用。
通常薄膜太阳能电池中TCO薄膜的沉积形成方法与p-i-n硅薄膜的沉积方法不同，例如被用做TCO前电极的氧化锡是利用大气压化学气相沉积法(APCVD)沉积而成，而被广泛用于TCO背电极和多结薄膜太阳能电池中TCO复合层的氧化锌通常是利用磁控溅射的方法形成，有时也使用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成，有些TCO薄膜也可用真空蒸发(蒸镀)的方法形成。这些工艺设备与通常用于沉积p-i-n硅薄膜的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺的设备结构和操作方式都有很大的区别。传统的TCO生产所使用的LPCVD、APCVD或磁控溅射的设备和工艺都不同于氢化硅薄膜所采用的PECVD沉积薄膜的设备和工艺，这使得氢化硅薄膜太阳能电池的生产需要数种昂贵的设备和需不断更换沉积设备的繁琐的生产工艺，不利于降低成本，提高生产效率和成品率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池的制造方法，能够大幅度降低生产成本并提高生产效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种薄膜太阳能电池的制造方法，包括下列步骤：
在PECVD反应室中提供玻璃基板；
采用PECVD工艺在所述玻璃基板表面沉积TCO前电极；
在所述TCO前电极表面原位沉积p-i-n硅薄膜；
在PECVD反应室中原位沉积TCO背电极。
所述方法还包括采用PECVD工艺在PECVD反应室中原位沉积TCO复合层的步骤。
所述TCO前电极和TCO背电极为氧化锌、氧化锡或铟锡氧化物。
所述TCO复合层为氧化锌。
所述反应室中的气压为1mbar～30mbar，玻璃基板的温度为150℃～260℃。
本发明还提供了另一种薄膜太阳能电池的制造方法，所述薄膜太阳能电池至少包括一个p-i-n硅薄膜光电单元，且包括TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极，所述TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极中至少一层采用PECVD工艺形成。
本发明还提供了又一种薄膜太阳能电池的制造方法，包括下列步骤：
提供玻璃基板；
在所述玻璃基板表面沉积TCO前电极；
采用PECVD工艺，在PECVD反应室中于所述TCO前电极表面沉积p-i-n硅薄膜；
在所述PECVD反应室中原位沉积TCO背电极。
所述方法还包括沉积TCO复合层的步骤。
所述TCO复合层采用PECVD工艺在所述PECVD反应室中沉积形成。
所述TCO前电极采用PECVD工艺在所述PECVD反应室中沉积形成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的薄膜太阳能电池的制造方法在薄膜太阳能电池的制造过程中，TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极中的至少一层采用PECVD工艺形成，根据本发明，用于硅薄膜太阳能电池中的一层或多层TCO膜层是与形成p-i-n氢化硅薄膜在同一个PECVD设备中所形成。沉积氢化硅薄膜与TCO薄膜的过程在同一PECVD设备中进行，沉积氢化硅薄膜和TCO薄膜可共用同一PECVD设备，省去了更换设备的麻烦。而且由于PECVD工艺可以在较低的温度下进行薄膜沉积，并借助调整RF功率来控制薄膜的沉积速率，可以避免LPCVD或APCVD等在高温下进行的沉积工艺对前期已沉积薄膜造成的热破坏和冲击，因此本发明的薄膜太阳能电池的制造方法能够简化氢化硅薄膜太阳能电池的生产工艺，提高产品性能和生产效率，并降低了包括设备在内的制造成本。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为双结薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2和图3为说明本发明薄膜太阳能电池制造方法的流程图；
图4为根据本发明薄膜太阳能电池制造方法较佳实施例的流程图；
图5和图6为说明本发明薄膜太阳能电池制造方法较佳实施例的PECVD反应室结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
下面仍以双结薄膜太阳能电池为例说明本发明的薄膜太阳能电池的制造方法。图2和图3为说明本发明薄膜太阳能电池制造方法的流程图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。如图2所示，并参见图1，在本发明薄膜太阳能电池制造方法的一个较佳实施例中，本发明的薄膜太阳能电池制造方法首先提供玻璃基板100(步骤S201)，除了玻璃之外还可以是其它透明材料，例如柔性塑料片等。然后，利用PECVD工艺在基板100表面沉积氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物(ITO)或其它透明导电氧化物(TCO)作为透明前电极110(步骤S202)。然后利用PECVD工艺在透明前电极110表面沉积第一个p-i-n硅薄膜光电单元120(步骤S203)。接着，利用PECVD工艺继续沉积氧化锌作为TCO复合层130(步骤S204)。随后再利用PECVD工艺在TCO复合层130表面沉积第二个p-i-n硅薄膜光电单元140(步骤S205)。然后，利用PECVD工艺沉积氧化锌作为TCO背电极150(步骤S206)。
本实施例的薄膜太阳能电池的制造方法沉积各个透明导电氧化物TCO薄膜和沉积p-i-n硅薄膜均采用PECVD工艺，可在同一个PECVD设备中进行，仅需改变工艺参数和条件，省去了因采用不同沉积工艺而不断变换反应室的繁琐操作，使生产工艺更加简单，降低了制造成本。
图3所示的流程图为本发明薄膜太阳能电池制造方法的另一实施例的流程图，根据本实施例，薄膜太阳能电池制造方法首先提供玻璃基板100(步骤S301)；然后利用LPCVD或APCVD工艺在基板100表面沉积氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物(ITO)作为TCO前电极110(步骤S302)；随后改用PECVD工艺在透明前电极110表面沉积第一个p-i-n硅薄膜光电单元120(步骤S303)；接着，采用磁控溅射工艺沉积氧化锌作为TCO复合层130(步骤S304)；随后再利用PECVD工艺在TCO复合层130表面沉积第二个p-i-n硅薄膜光电单元140(步骤S305)；然后，利用PECVD工艺沉积氧化锌作为TCO背电极150(步骤S306)。
本实施例的TCO前电极110、TCO复合层130和TCO背电极150中仅TCO背电极150采用PECVD工艺沉积，其可在沉积完第二个p-i-n硅薄膜光电单元140之后在同一个PECVD设备中进行，也在一定程度上简化了制造工艺。
在本发明的其他实施例中，可在沉积TCO前电极110时采用PECVD工艺，而沉积TCO复合层130和TCO背电极150采用LPCVD、APCVD或磁控溅射工艺；也可在沉积TCO复合层130时采用PECVD工艺，而沉积TCO前电极110和TCO背电极150采用LPCVD或APCVD工艺。只要TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极中的至少一层采用PECVD工艺形成，便可使至少一层TCO薄膜的沉积与p-i-n氢化硅薄膜的沉积在同一个PECVD设备中进行，同样能够达到简化制造工艺的目的。
图4为根据本发明薄膜太阳能电池的制造方法较佳实施例的流程图，图5和图6为说明本发明薄膜太阳能电池制造方法较佳实施例的PECVD反应室结构示意图。如图4所示，首先在PECVD反应室中提供玻璃基板100(步骤S401)；采用PECVD工艺在PECVD反应室中在所述基板100表面沉积TCO前电极110(步骤S402)；然后在同一个PECVD反应室中原位沉积p-i-n硅薄膜光电单元120(步骤S403)；随后在同一个PECVD反应室中原位沉积TCO复合层130(步骤S404)；然后在同一个PECVD反应室中原位沉积p-i-n硅薄膜光电单元140(步骤S405)；接着在同一个PECVD反应室中原位沉积TCO背电极150(步骤S406)。
图5所示的反应室包括真空室50，两个极性相反的平行板状电极分别为激励电极51和接地电极52，它们之间的区域57是等离子体的形成区域。激励电极51置于盒罩56中，在盒罩56上开有进气口59，出气口58用于将反应后的气体从真空室50中排出。激励电极板51通常设有适当密度的通孔，其背后放置一个与盒罩56相连的喷淋板53，以便让反应气体被均匀地输送到整个等离子体区域57，在接地电极52表面放置玻璃基板100。射频(RF)功率源为激励电极51提供能量，将反应气体激发为等离子体，从而在基板100表面沉积薄膜。图6所示的反应室60中等距、纵向间隔交替放置大面积板状激励电极板和接地电极板，反应室60具有进气口64和出气口68，反应气体经进气口64进入反应空间62并经出气口68排出，激励电源69为激励电极板提供射频能量，将反应气体激发为等离子体，在基板100表面沉积薄膜。激励电极板和接地电极板的两侧表面以及反应室侧壁内表面均可放置玻璃基板100，适合大规模生产。
根据本发明薄膜太阳能电池的制造方法的较佳实施例，在向同一个PECVD反应室50或60中，于基板100表面依次沉积TCO前电极110、p-i-n硅薄膜光电单元120、TCO复合层130、p-i-n硅薄膜光电单元140以及TCO背电极150。沉积p-i-n硅薄膜光电单元120或140时，将反应室50或60中的气体压力保持在0.1～20Torr，基板100的温度维持在110～260℃，施加在电极板上的等离子体能量密度为10～300mW/cm2，在沉积p层时通入的反应气体混合物中包括硅烷、氢气、以及三甲烷化硼(TMB，B[CH3]3)或双硼烷(B2H6)。沉积n层时通入的反应气体混合物中包括硅烷、氢气、以及磷烷(PH3)或三氟化磷(PF3)或三甲烷化镓。沉积i层时通入的反应气体混合物中包括硅烷和氢气。其中，可以用双硅烷、四氟化硅、二氯化硅、氟化硅烷和三氯硅烷中的一种或其组合来代替硅烷。在气体混合物中还可以包括锗烷、甲烷、氟化氢、氯化氢、氟气和氯气中的一种或其组合。沉积TCO薄膜110、130或150时，向同一个PECVD反应室50或60中提供包含有氧和金属元素的源气体混合物，例如在沉积氧化锡时，所用的含锡的气体是四氯化锡(SnCl4)或四甲烷化锡(Sn[CH3]4)，而氧的源气可包括氧气、水蒸气、氧化氮(N2O)和气化酒精，同时可包含惰性气体、氢气、或其它含氧气体。反应室中的气压保持在1-30mbar之间，且基板的温度维持在150-260℃之间。这时向负电极施加射频电能，其功率介于30-200mW/cm2，等离子体在介于正负电极之间的区域形成，镀膜的前期物质被激活，进而在基板100表面上沉积氧化锡薄膜。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1、一种薄膜太阳能电池的制造方法，包括下列步骤：
在PECVD反应室中提供玻璃基板；
采用PECVD工艺在所述玻璃基板表面沉积TCO前电极；
在所述TCO前电极表面原位沉积p-i-n硅薄膜；
在PECVD反应室中原位沉积TCO背电极。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括采用PECVD工艺在PECVD反应室中原位沉积TCO复合层的步骤。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述TCO前电极和TCO背电极为氧化锌、氧化锡或铟锡氧化物。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述TCO复合层为氧化锌。
5、如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述反应室中的气压为1mbar～30mbar，玻璃基板的温度为150℃～260℃。
6、一种薄膜太阳能电池的制造方法，所述薄膜太阳能电池至少包括一个p-i-n硅薄膜光电单元，且包括TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极，所述TCO前电极、TCO复合层和TCO背电极中至少一层采用PECVD工艺形成。
7、一种薄膜太阳能电池的制造方法，包括下列步骤：
提供玻璃基板；
在所述玻璃基板表面沉积TCO前电极；
采用PECVD工艺，在PECVD反应室中于所述TCO前电极表面沉积p-i-n硅薄膜；
在所述PECVD反应室中原位沉积TCO背电极。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法还包括沉积TCO复合层的步骤。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述TCO复合层采用PECVD工艺在所述PECVD反应室中沉积形成。
10、如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述TCO前电极采用PECVD工艺在所述PECVD反应室中沉积形成。
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