CN101794827A - 一种非晶硅薄膜太阳电池膜系和薄膜太阳电池以及薄膜太阳电池的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，该膜系包括一个由第一非晶硅p-i-n结和第二非晶硅p-i-n结重叠设置的双结层p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层设置于所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上，所述第一非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层上设置有重掺杂的P⁺层，所述第二非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/p-i-n/N⁺。重掺杂的P⁺层和N⁺层有减低带电体复合性和滞留性的作用，同时因减低i层中电场的扭曲度而增加了电洞与电子在半导体中的漂移速度。本发明非晶硅薄膜太阳电池的膜系光电转换率高，成本低，本发明制得的薄膜太阳电池的光电转换率达7.5％。

Description

一种非晶硅薄膜太阳电池膜系和薄膜太阳电池以及薄膜太阳电池的制造方法

技术领域

本发明涉及一种非晶硅薄膜太阳电池膜系和薄膜太阳电池，同时涉及一种薄膜太阳电池的制造方法，属于光伏太阳电池技术领域。

背景技术

随着能源在世界范围内的紧张和短缺，人们对开发新能源的重视程度日益提高，尤其是以太阳能为首的绿色能源的开发和利用日趋重视。太阳能以其无污染、无地域性限制和全天候利用等独特的优势而受到广泛关注和青睐。

基于成熟度、可靠性、低成本，易于与其他薄膜光伏材料结合使用，以及具有能配合设计、制备方法进步而改良工艺技术的特性，薄膜太阳电池的薄膜光伏模组制备技术成为最具发展潜力的一种太阳能电池产业。但是，目前的薄膜光伏模组普遍存在光电转换率低的问题，至今仍在6％左右，制约了薄膜太阳电池的应用和发展。其中，薄膜太阳电池的膜系结构是影响薄膜光伏模组光电转换率的关键因素之一。因悬浮键而造成的尾带能阶与带系间的缺陷形成载子的再结合中心，电场的非均匀性存在于非晶硅的i层中，需要一个增强电场穿过非晶硅膜系以提高载子的漂移速度，从而提高其光电转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，本发明的目的还在于提供一种薄膜太阳电池，同时，本发明还提供了一种薄膜太阳电池的制造方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，该膜系包括一个由第一非晶硅p-i-n结和第二非晶硅p-i-n结重叠设置的双结层p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层设置于所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上，所述第一非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层上设置有重掺杂的P⁺层，所述第二非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/p-i-n/N⁺。

进一步地，在所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层和所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层之间设置有缓冲层，所述的缓冲层为透明导电层。

其中，所述P⁺层的杂质含量大于p层，所述N⁺层的杂质含量大于n层。所述P⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(10～100)∶100000，所述N⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000。

所述P⁺层的厚度为1～10nm，所述N⁺层的厚度为2～15nm。所述第一非晶硅p-i-n结中p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3，所述第二非晶硅p-i-n结中p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3。所述第一非晶硅p-i-n结的总厚度与所述第二非晶硅p-i-n结的总厚度的比为1∶(3～6)。

一种薄膜太阳电池，包括基板、设置在基板上的透明导电层、背电极以及设置在透明导电层和背电极之间的太阳电池膜系，所述膜系包括一个由第一非晶硅p-i-n结和第二非晶硅p-i-n结重叠设置的双结层p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层设置于所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上，所述第一非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层上设置有重掺杂的P⁺层，所述第二非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/P-i-n/P-i-n/N⁺。

进一步地，在所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层和所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层之间设置有缓冲层。

一种薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

(1)将基板放入真空溅镀腔内，在基板的一个面上镀制透明导电膜，即TCO层，然后用激光切割TCO层；

(2)在TCO层上镀制P⁺层，之后在P⁺层上依次镀制p层、i层、n层，形成第一非晶硅p-i-n结，然后重复操作一次，制得第二非晶硅p-i-n结，在第二非晶硅p-i-n结的n层上镀制N⁺层；

(3)经激光切割，再于N⁺层上依次镀制背电极层，之后再经激光切割后，将胶合膜(EVA)置于背电极层上，在胶合膜上再加背板玻璃，之后经加温层压固化成一体，封装，制得薄膜太阳电池。

关于纯非晶区载子的分布，有分五个区段说，第一区由尾带能阶的电荷占据，接着是由正价悬浮键构成的空间载子区，然后是一个几乎是等电场的中性区，再接着是一带负电的悬浮键区，最后是另一由空间载子组成的导电尾带区。该分析模型表明，在纯非晶硅i层中存在一种扭曲的电场，该电场限制了载子流的漂移。

本发明在第一非晶硅p-i-n结的p层外设置了重掺杂的P⁺层，在第二非晶硅p-i-n结的n层外设置了重掺杂的和N⁺层，因此影响了i层内的电荷分布，减少了i层内电场的扭曲，提高了载子流的漂移速度。将一重掺杂P⁺层与一n型的TCO玻璃联结，形成一优良的缓冲区，不仅帮助由光子产生的正价电洞顺利进入介面，同时可以减缓光伏转换效率的衰减。P⁺层与p层的结合可降低自由载子，尤其是正价的电洞的陷阱效应，因此提升制造过程中i层厚度的伸缩空间，同时，太阳电池的色度也因此而改进，光电转换效率大大提高。另外，i层内电场扭曲度的降低以及与膜厚的调适性增加，可有助于降低电池的生产成本。

重掺杂的P⁺层和N⁺层有减低带电体复合性和滞留性的作用，同时因减低i层中电场的扭曲度而增加了电洞与电子在半导体中的漂移速度。本发明非晶硅薄膜太阳电池的膜系光电转换率高，成本低，本发明制得的薄膜太阳电池的光电转换率达7.5％。

附图说明

图1为本发明实施例1的非晶硅薄膜太阳电池膜系的结构示意图；

图2为本发明实施例2的非晶硅薄膜太阳电池膜系的结构示意图；

图3为本发明实施例3的薄膜太阳电池的结构示意图；

图4为本发明实施例4的薄膜太阳电池的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1所示，一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，该膜系由以下部分组成：

重掺杂的P⁺层1；

在重掺杂的P⁺层1的其中一个面上设置的第一非晶硅p-i-n结，该第一非晶硅p-i-n结包括p层2、i层3、n层4；

在第一非晶硅p-i-n结上设置的第二非晶硅p-i-n结，该第二非晶硅p-i-n结包括p层5、i层6、n层7；

在第二非晶硅p-i-n结的n层7上设置的重掺杂的N⁺层8。

实施例2

见图2所示，一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，该膜系由以下部分组成：

重掺杂的P⁺层1；

在重掺杂的P⁺层1的其中一个面上设置的第一非晶硅p-i-n结，该第一非晶硅p-i-n结包括p层2、i层3、n层4；

在第一非晶硅p-i-n结的n层上设置的缓冲层15，该缓冲层为透明导电层；

在缓冲层15上设置的第二非晶硅p-i-n结，该第二非晶硅p-i-n结包括p层5、i层6、n层7；

在第二非晶硅p-i-n结的n层7上设置的重掺杂的N⁺层8。

增加缓冲层15可以增加光的折射次数，从而提高了光在非晶硅薄膜太阳电池膜系中的吸收比例，提高了光的利用率。

实施例3

见图3所示，一种薄膜太阳电池，该薄膜太阳电池的薄膜光伏模组为：沿入射光方向，依次是玻璃基板9、设置在玻璃基板9上的透明导电膜(TCO)10、设置在透明导电膜(TCO)10上的P⁺层1、设置在P⁺层1上的由p层2、i层3、n层4组成的第一非晶硅p-i-n结、设置在第一非晶硅p-i-n结的n层4上的由p层5、i层6、n层7组成的第二非晶硅p-i-n结、设置在第二非晶硅p-i-n结的n层7上的N⁺层8、设置在N⁺层8上的ZnO层11、设置在ZnO层11上的Al层12、设置在Al层12上的胶合膜(EVA)层13、设置在胶合膜(EVA)层13上的背板玻璃14，经加温层压、封装，制得薄膜太阳电池。

实施例4

见图4所示，一种薄膜太阳电池，该薄膜太阳电池的薄膜光伏模组为：沿入射光方向，依次是玻璃基板9、设置在玻璃基板9上的透明导电膜(TCO)10、设置在透明导电膜(TCO)10上的P⁺层1、设置在P⁺层1上的由p层2、i层3、n层4组成的第一非晶硅p-i-n结、设置在第一非晶硅p-i-n结的n层4上的缓冲层15、设置在缓冲层15上的由p层5、i层6、n层7组成的第二非晶硅p-i-n结、设置在第二非晶硅p-i-n结的n层7上的N⁺层8、设置在N⁺层8上的ZnO层11、设置在ZnO层11上的Al层12、设置在Al层12上的胶合膜(EVA)层13、设置在胶合膜(EVA)层13上的背板玻璃14，经加温层压、封装，制得薄膜太阳电池。

实施例5

一种薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

(1)将玻璃基板放入真空溅镀腔内，在基板的一个面上镀制透明导电膜，即TCO层，然后用激光切割TCO层；

(2)之后放入离子助镀气体反应室，加热至200℃，采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，使用13.56MHz的电源，首先通入SiH₄、B₂H₄及H₂的混合气体，使气体沉积于TCO层上，制得P⁺非晶硅膜层，在该工艺过程中，用到的是TMB，其中B₂H₆的含量为3％，PECVD中TMB的含量为1％，所以B₂H₆约为硅烷浓度的0.1％左右，之后将SiH₄、B₂H₄及H₂的混合气体中B₂H₄的含量降低一个数量级，使气体沉积于P⁺非晶硅膜层上，制得p非晶硅膜层，之后通入SiH₄和H₂的混合气体，在p非晶硅膜层上镀制i非晶硅膜层，镀制完毕后再通入SiH₄、PH₃和H₂的混合气体，在i非晶硅膜层上镀制n非晶硅膜层，即制得第一非晶硅p-i-n结，重复操作一次，制得第二非晶硅p-i-n结，之后将SiH₄、PH₃和H₂的混合气体中PH₃的含量增加一个数量级，在n非晶硅膜层上镀制N⁺非晶硅膜层，镀制完毕后从离子助镀气体反应室中取出；

(3)经激光切割，再于N⁺非晶硅膜层上依次镀制ZnO层、Al层，即背电极层，之后再经激光切割，将胶合膜(EVA)置于Al层上，在胶合膜上再加背板玻璃，经加温层压固化成一体，封装，制得非晶硅薄膜太阳电池。

Claims (12)

1.一种非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，该膜系包括一个由第一非晶硅p-i-n结和第二非晶硅p-i-n结重叠设置的双结层p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层设置于所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上，所述第一非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层上设置有重掺杂的P⁺层，所述第二非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/p-i-n/N⁺。

2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，在所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层和所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层之间设置有缓冲层。

3.根据权利要求2所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述的缓冲层为透明导电层。

4.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述P⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(10～100)∶100000。

5.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述N⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000。

6.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述P⁺层的厚度为1～10nm，所述N⁺层的厚度为2～15nm。

7.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述第一非晶硅p-i-n结中p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3。

8.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述第二非晶硅p-i-n结中p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3。

9.根据权利要求7或8所述的非晶硅薄膜太阳电池膜系，其特征在于，所述第一非晶硅p-i-n结的总厚度与所述第二非晶硅p-i-n结的总厚度的比为1∶(3～6)。

10.一种薄膜太阳电池，包括基板、设置在基板上的透明导电层、背电极以及设置在透明导电层和背电极之间的太阳电池膜系，其特征在于，所述膜系包括一个由第一非晶硅p-i-n结和第二非晶硅p-i-n结重叠设置的双结层p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层设置于所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上，所述第一非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层上设置有重掺杂的P⁺层，所述第二非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/p-i-n/N⁺。

11.根据权利要求10所述的薄膜太阳电池，其特征在于，在所述第一非晶硅p-i-n结的n型非晶硅层和所述第二非晶硅p-i-n结的p型非晶硅层之间设置有缓冲层。

12.一种权利要求11所述的薄膜太阳电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将基板放入真空溅镀腔内，在基板的一个面上镀制透明导电膜，即TCO层，然后用激光切割TCO层；

(2)在TCO层上镀制P⁺层，之后在P⁺层上依次镀制p层、i层、n层，形成第一非晶硅p-i-n结，然后重复操作一次，制得第二非晶硅p-i-n结，在第二非晶硅p-i-n结的n层上镀制N⁺层；

(3)经激光切割，再于N⁺层上依次镀制背电极层，之后再经激光切割后，将胶合膜(EVA)置于背电极层上，在胶合膜上再加背板玻璃，之后经加温层压固化成一体，封装，制得薄膜太阳电池。

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