CN101740648A - 窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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尚泽仁
倪牮
曹宇
王先宝
赵颖
耿新华
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Abstract

一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池，包括透明衬底、透明导电薄膜、窗口层、本征层、N+层和金属背电极，窗口层为p型微晶硅锗薄膜；该p型微晶硅锗薄膜的制备方法，步骤为：1)将带有透明导电膜的玻璃衬底放在真空室内，本底真空高于2×10-4Pa；2)在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的条件下，沉积p型微晶硅锗薄膜。本发明的优点是：该硅锗薄膜太阳电池结构新颖；制备的p型微晶硅锗薄膜材料具有带隙和晶化率可调、电导率高的优点且制备工艺简单、容易操作、制造成本低；采用该材料的硅锗薄膜太阳电池优化了电池p/i的界面匹配，改善了界面特性，有利于提高电池效率。

Description

窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池及其制备方法
【技术领域】
本发明属于新能源中薄膜太阳电池的技术领域，特别是一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池及其制备方法。
【背景技术】
纵观太阳能电池所利用的对象——太阳光的光谱，它在可见光部分能量只有不到50％。要想提高太阳电池的效率，把其光谱响应扩展到1.1微米以下是非常重要的，因为这包括了太阳光90％以上的能量。锗是一种带隙在0.66ev的窄带隙半导体材料，它与硅构成的薄膜合金材料，有着大幅度向窄带隙方向调制的作用。利用薄膜中锗的掺入来提高材料对光谱的吸收范围和吸收效率，是太阳能电池效率提高的有效方法。
在p-i-n(p型掺杂层-本征层-n型掺杂层)型微晶硅锗薄膜太阳电池中，p层对电池性能有重要影响。p/i的界面特性是影响太阳电池性能的关键；同时由于i层沉积于p层之上，因此p层还会严重影响有源区的材料结构和光电特性。传统的硅基薄膜太阳电池中的P层都是采用掺杂的p型非晶硅或微晶硅材料，这种p层材料应用到微晶硅锗太阳电池时，由于p、i属于异质材料，这样就会造成p/i界面晶格及带隙的不匹配，因而影响电池的性能。因此，针对微晶硅锗太阳电池，需要解决p/i界面的匹配问题，从而提高电池效率。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池及其制备方法，该硅锗薄膜太阳电池结构新颖；制备的p型微晶硅锗薄膜材料具有带隙和晶化率可调、电导率高的优点且制备工艺简单、容易操作、制造成本低；采用该材料的硅锗薄膜太阳电池优化了电池p/i的界面匹配，改善了界面特性，有利于提高电池效率。
本发明的技术方案：
一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池，包括透明衬底、透明导电薄膜、窗口层、本征层、N+层和金属背电极，窗口层为p型微晶硅锗薄膜。
一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的制备方法，采用甚高频等离子增强化学气相沉积设备制备，制备方法包括下述步骤：1)将带有透明导电膜的玻璃衬底放在真空室内，本底真空高于2×10-4Pa；2)在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的条件下，沉积p型微晶硅锗薄膜。
所述带有透明导电膜的玻璃衬底厚度为0.5毫米-1.5毫米，镀有的透明导电薄膜为ZnO膜、SnO2膜或SnO2-ZnO复合膜。
所述反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的流量为：硅烷(5-10)sccm；氟化锗(0.5-2.0)sccm；硼烷(0.05-0.3)sccm；氢气(100-200)sccm。
所述沉积p型微晶硅锗薄膜的工艺参数为：辉光激励频率70MHz；辉光功率密度(100-500)毫瓦/cm2；反应气体压强大于0.3Torr；衬底表面温度150℃-220℃。
本发明的有益效果是：该硅锗薄膜太阳电池结构新颖；制备的p型微晶硅锗薄膜材料具有带隙和晶化率可调、电导率高的优点且制备工艺简单、容易操作、制造成本低；采用该材料的硅锗薄膜太阳电池优化了电池p/i的界面匹配，改善了界面特性，有利于提高电池效率。
【附图说明】
附图为窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的结构示意图。
图中：1.透明衬底 2.透明导电薄膜 3.P型窗口层 4.本征层5.N+层 6.背反射电极 7.金属电极
【具体实施方式】
实施例：
一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池，包括透明衬底1、透明导电薄膜2、P型窗口层3、本征层4、N+层5、背反射电极6和金属电极7，背反射电极6为ZnO，金属背电极6为Ag，窗口层3为p型微晶硅锗薄膜。作为窗口层的P型微晶硅锗薄膜采用甚高频等离子增强化学气相法制备，制备方法如下：1)将厚度为2毫米并镀有ZnO透明导电薄膜的玻璃衬底放在真空室内，本底真空高于2×10-4Pa；2)在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的条件下沉积p型微晶硅锗薄膜，反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的流量为：硅烷5sccm、氟化锗0.5sccm、硼烷0.05sccm、氢气200sccm；沉积p型微晶硅锗薄膜的工艺参数为：辉光激励频率70MHz；辉光功率密度(100-500)毫瓦/cm2；反应气体压强大于0.3Torr；衬底表面温度150℃-220℃。
本法制备的微晶硅锗薄膜，经检测显示，锗含量为10％，在薄膜厚度为72nm时，测得电导率为1.68S/cm，晶化率为60％，在长波区域的平均透过率超过90％。

Claims (5)

1.一种窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池，包括透明衬底、透明导电薄膜、窗口层、本征层、N+层和金属背电极，其特征在于：窗口层为p型微晶硅锗薄膜。
2.一种如权利要求1所述窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的制备方法，采用甚高频等离子增强化学气相沉积设备制备，其特征在于制备方法包括下述步骤：1)将带有透明导电膜的玻璃衬底放在真空室内，本底真空高于2×10-4Pa；2)在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的条件下，沉积p型微晶硅锗薄膜。
3.根据权利要求2所述窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述带有透明导电膜的玻璃衬底厚度为0.5毫米-1.5毫米，镀有的透明导电薄膜为ZnO膜、SnO2膜或SnO2-ZnO复合膜。
4.根据权利要求21所述窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述反应气体硅烷、氟化锗、硼烷和氢气的流量为：硅烷(5-10)sccm；氟化锗(0.5-2.0)sccm；硼烷(0.05-0.3)sccm；氢气(100-200)sccm。
5.根据权利要求21所述窗口层为p型微晶硅锗的硅锗薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述沉积p型微晶硅锗薄膜的工艺参数为：辉光激励频率70MHz；辉光功率密度(100-500)毫瓦/cm2；反应气体压强大于0.3Torr；衬底表面温度150℃-220℃。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102456761A (zh) * 2010-11-02 2012-05-16 方靖淮 薄膜太阳能电池
CN102522447A (zh) * 2011-12-22 2012-06-27 南开大学 一种吸收层具有带隙梯度结构的微晶硅锗薄膜太阳电池
WO2013086963A1 (zh) * 2011-12-13 2013-06-20 清华大学 太阳能电池及其制备方法
CN106711288A (zh) * 2017-01-05 2017-05-24 浙江师范大学 一种纳米晶硅薄膜太阳能电池的制备方法

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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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