CN101794828B

CN101794828B - 薄膜太阳电池的膜系、薄膜太阳电池及其制造方法

Info

Publication number: CN101794828B
Application number: CN2010101229607A
Authority: CN
Inventors: 赵一辉
Original assignee: Henan Argus Power Technology Co Ltd
Current assignee: Henan Argus Power Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN101794828A

Abstract

本发明公开了一种薄膜太阳电池的膜系，并公开了采用该膜系的薄膜太阳电池及其制造方法。本发明膜系包括一个p-i-n光电单元，所述p-i-n光电单元的p层上设置有重掺杂的P⁺层，所述p-i-n光电单元的n层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/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。本发明薄膜太阳电池的膜系光电转换率高，成本低，本发明薄膜太阳电池的膜系的光电转换率达7.5％。

Description

薄膜太阳电池的膜系、薄膜太阳电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳电池的膜系以及采用该膜系的薄膜太阳电池和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，在目前的薄膜光伏模组中，光电的转换率很低，至今仍在6％左右。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。目前的非晶或微晶硅系统，电极与薄膜的界面处有很高的电子电洞复合中心，耗散区过宽，不利于载流子达到相应的电极。非晶或微晶硅材质中的载流子扩散长度短，复合中心高，因此载体的漂移速度需要增强。因为悬浮键形成的尾带能阶与带系间的缺陷也形成一个正负载体再结合的中心，因悬浮键与尾带能阶及多缺陷界面区域形成的扭曲的电场，也影响载流子的飘移速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜太阳电池的膜系，本发明的目的还在于提供一种采用该膜系的薄膜太阳电池，进一步地，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：

一种薄膜太阳电池的膜系，该膜系包括一个p-i-n光电单元，所述p-i-n光电单元的p层上设置有重掺杂的P⁺层，所述p-i-n光电单元的n层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/N⁺。

其中，所述膜系为非晶硅膜系或微晶硅膜系。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(5～100)∶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⁺层的厚度小于p层，所述N⁺层的厚度小于n层。所述p-i-n光电单元的p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3。

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p-i-n光电单元，所述p-i-n光电单元的p层上设置有重掺杂的P⁺层，所述p-i-n光电单元的n层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/N⁺。

其中，所述膜系为非晶硅膜系或微晶硅膜系。

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层上依次镀制P⁺层、p层、i层、n层、N⁺层；

(3)经激光切割，再于N⁺层上依次镀制ZnO层、Al层，即背电极层，之后再经激光切割后，将胶合膜置于Al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。

非晶硅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，使用13.56MHz的电源，首先通入SiH₄、B₂H₆及H₂的混合气体，使气体沉积于TCO层上，制得P⁺非晶硅膜层，之后将SiH₄、B₂H₆及H₂的混合气体中B₂H₆的含量降低1～2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，之后将SiH₄、PH₃和H₂的混合气体中PH₃的含量增加1～2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，将胶合膜置于Al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，制得非晶硅薄膜太阳电池。

微晶硅薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

(2)之后采用高频的离子助镀气化法，其电源频率为30～130MHz，在TCO层上依次镀制P⁺微晶硅膜层、p微晶硅膜层、i微晶硅膜层、n微晶硅膜层、N⁺微晶硅膜层；

(3)经激光切割，再于N⁺微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，将胶合膜置于Al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，制得微晶硅薄膜太阳电池。

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。微晶硅是由硅原子形成的纳米或微米级硅晶体，各个小晶体之间的排列杂乱无章，故称之为微晶硅。微晶硅太阳电池中通常呈现很明显的柱状微晶结构，中间裂隙与结晶区域形成锥形结构。有时其裂隙可延伸到i层中，因悬浮键而产生的尾带连接与带系间的缺陷形成正负载子再结合的中心，从而产生电场的扭曲，因此，降低了载子的飘移速度。

本发明在p-i-n光电单元外分别设置了重掺杂的P⁺层和N⁺层，P⁺层与P层的结合则可降低自由载子，尤其是正价的电洞的陷阱效应，耗散区变短，载流子电洞到达正电极的可能性增高；N⁺层对电子的作用与P⁺层对电洞的作用相同，进而提升转换效率。由于N⁺、P⁺层的引入，可相应减小n层和p层的厚度，电极对i层所产生的低能量的载流子的收集效应提高；由于电极对载流子收集效率的提高，i层厚度对电池效率的影响降低，这使得生产成品率得到提高。太阳电池的色度与转换效率也因此而改进。层内电场扭曲度的降低，与膜厚的调适性增加，可有助于降低电池的生产成本，同时P⁺、N⁺层的引入改进了电池的光电转换系数衰减特性。

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，一种薄膜太阳电池的膜系，该膜系由以下部分组成：

重掺杂的P⁺型非晶硅层1；

设置在P⁺型非晶硅层1的其中一个面上的非晶硅p-i-n光电单元，该非晶硅p-i-n光电单元由设置在P⁺型非晶硅层1的其中一个面上的p型非晶硅层2、设置在p型非晶硅层2上的i型非晶硅层3、设置在i型非晶硅层3上的n型非晶硅层4组成；

设置在n型非晶硅层4上的重掺杂的N⁺型非晶硅层5。

实施例2

见图2所示，一种薄膜太阳电池的膜系，该膜系由以下部分组成：

重掺杂的P⁺型微晶硅层12；

设置在P⁺型微晶硅层12的其中一个面上的微晶硅p-i-n光电单元，该微晶硅p-i-n光电单元由设置在P⁺型微晶硅层12的其中一个面上的p型微晶硅层13、设置在p型微晶硅层13上的i型微晶硅层14、设置在i型微晶硅层14上的n型微晶硅层15组成；

设置在n型微晶硅层15上的重掺杂的N⁺型微晶硅层16。

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6、设置在玻璃基板6上的透明导电膜(TCO)7、设置在透明导电膜(TCO)7上的P⁺型非晶硅层1、设置在P⁺型非晶硅层1上的p型非晶硅层2、设置在p型非晶硅层2上的i型非晶硅层3、设置在i型非晶硅层3上的n型非晶硅层4、设置在n型非晶硅层4上的N⁺型非晶硅层5、设置在N⁺型非晶硅层5上的ZnO层8、设置在ZnO层8上的Al层9、设置在Al层9上的胶合膜(EVA)层10、设置在胶合膜(EVA)层10上的背板玻璃11，经加温层压、封装，制得非晶硅薄膜太阳电池。

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17、设置在玻璃基板17上的透明导电膜(TCO)18、设置在透明导电膜(TCO)18上的P⁺型微晶硅层12、设置在P⁺型微晶硅层12上的p型微晶硅层13、设置在p型微晶硅层13上的i型微晶硅层14、设置在i型微晶硅层14上的n型微晶硅层15、设置在n型微晶硅层15上的N⁺型微晶硅层16、设置在N⁺型微晶硅层16上的ZnO层19、设置在ZnO层19上的Al层20、设置在Al层20上的胶合膜(EVA)层21、设置在胶合膜(EVA)层21上的背板玻璃22，经加温层压、封装，制得微晶硅薄膜太阳电池。

实施例5

非晶硅薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

(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，之后将SiH₄、B₂H₆及H₂的混合气体中B₂H₆的含量降低2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，之后将SiH₄、PH₃和H₂的混合气体中PH₃的含量增加2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)用激光切割整个非晶硅薄层，再于N⁺非晶硅膜层上依次镀制ZnO层和Al层，即背电极层，之后再经激光切割整个硅层和背电极层，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。

实施例6

微晶硅薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

(2)之后采用高频的离子助镀气化法(VHF-PECVD)，其电源频率为30～130MHz，在TCO层上依次镀制P⁺微晶硅膜层、p微晶硅膜层、i微晶硅膜层、n微晶硅膜层、N⁺微晶硅膜层；

(3)用激光切割整个非晶硅薄层，再于N⁺微晶硅膜层上依次镀制ZnO层和Al层，即背电极层，之后再经激光切割整个硅层和背电极层，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，制得微晶硅薄膜太阳电池。

Claims

1.一种薄膜太阳电池的膜系，其特征在于，该膜系包括一个p-i-n光电单元，所述p-i-n光电单元的p层上设置有重掺杂的P⁺层，所述p-i-n光电单元的n层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/N⁺，所述膜系为非晶硅膜系或微晶硅膜系，所述P⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000，所述N⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池的膜系，其特征在于，所述P⁺层的厚度小于p层，所述N⁺层的厚度小于n层。

3.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池的膜系，其特征在于，所述p-i-n光电单元的p层、i层、n层的厚度比为2∶(6～10)∶3。

4.一种薄膜太阳电池，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p-i-n光电单元，所述p-i-n光电单元的p层上设置有重掺杂的P⁺层，所述p-i-n光电单元的n层上设置有重掺杂的N⁺层，该膜系结构为P⁺/p-i-n/N⁺，所述膜系为非晶硅膜系或微晶硅膜系，所述P⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000，所述N⁺层的掺杂物的浓度与硅原子的浓度比为(5～100)∶100000。

5.一种权利要求4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：

(3)经激光切割，再于N⁺非晶硅膜层上依次镀制ZnO层、Al层，之后再经激光切割，将胶合膜置于Al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，制得非晶硅薄膜太阳电池。

6.一种权利要求4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：

(3)经激光切割，再于N⁺微晶硅膜层上依次镀制ZnO层、Al层，之后再经激光切割，将胶合膜置于Al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，制得微晶硅薄膜太阳电池。