CN102694066B - 一种提高太阳能电池板光电转换效率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高太阳能电池板光电转换效率的方法,解决了现有技术中由于ZnO基透明导电薄膜与光电转化区薄膜的界面匹配工艺尚不完善,影响光电转换效率的技术问题,采用的技术方案是,基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,以上方法的实施步骤中包括:在玻璃原片上沉积ZnO基的TCO薄膜层,上述的TCO薄膜层是由ZnO基靶材借助溅射工艺在玻璃原片上沉积形成的2~4层的ZnO基复合型薄膜,其中复合型薄膜中各层的掺杂浓度呈梯度分布。本发明的关键是:通过将TCO薄膜层设计为多层复合型结构、并将各个层的掺杂浓度进行合理控制、形成渐变梯度,大大提高了电池板的透光率和导电率,有效地提高太阳电池光电转化效率。

Description

一种提高太阳能电池板光电转换效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高太阳能电池板光电转换效率的方法,属于太阳能电池制造领域,特别是一种基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法。 
背景技术
随着光伏发电技术的发展,尤其是近年来薄膜太阳电池的大量产业化,透明导电氧化物薄膜-简称为TCO-作为薄膜太阳电池中必不可少的一部分,引起了极大的关注。薄膜太阳电池的前电极采用的是透明导电氧化物(TCO)玻璃,它的性能对于电池的转换效率有着至关重要的作用。太阳电池要求前电极具有高透过率和高电导率,透明导电薄膜要求所选用的半导体材料在可见光区具有高的光穿透性,其材料的带隙宽度大于3eV。近年来,透明导电薄膜的材料主要集中在金属氧化物半导体,如Sn02, In203, Zn0等薄膜。 
目前研究最多的透明导电薄膜材料是ZnO基的TCO薄膜材料,此材料对于氢离子是稳定的,同时比FTO具有更好的光透过率。但是在实际应用中由于目前ZnO基透明导电薄膜与光电转化区薄膜的界面匹配工艺尚不完善,相对于FTO导电膜对光电转换效率贡献没有明显的优势,为了将理论上应该存在的优势彻底的体现出来,有必要对TCO薄膜的结构及其组成进行改进。 
发明内容
本发明为解决现有技术中由于ZnO基透明导电薄膜与光电转化区薄膜的界面匹配工艺尚不完善,影响光电转换效率的技术问题,设计了一种基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,通过将TCO薄膜层设计为多层复合型结构、并将各个层的掺杂浓度进行合理控制、形成渐变梯度,大大提高了电池板的透光率和导电率,有效地提高太阳电池光电转化效率。 
本发明为实现上述发明目的采用的技术方案是,基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,以上方法的实施步骤中包括:在玻璃原片上沉积ZnO基的TCO薄膜层,上述的TCO薄膜层是由ZnO基靶材借助溅射工艺在玻璃原片上沉积形成的2~4层的ZnO基复合型薄膜,其中复合型薄膜中各层的掺杂浓度呈梯度分布。 
本发明的关键是:通过将TCO薄膜层设计为多层复合型结构、并将各个层的掺杂浓度进行合理控制、形成渐变梯度,大大提高了电池板的透光率和导电率,有效地提高太阳电池光电转化效率。TCO薄膜层的掺杂浓度形成渐变梯度从而影响太阳能电池板光电转换效率,一方面通过合理控制的渐变梯度薄膜与单浓度梯度薄膜相比,电性能和透光率都可得到明显改善,可更有效的提高可利用光能,从而提高电池转换效率;另外该发明可改善TCO薄膜界面与硅基电池界面的晶格匹配,降低电池的内电阻,提高光能的利用率,从而提高太阳电池的转换效率。 
具体实施方式
基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,以上方法的实施步骤中包括:在玻璃原片上沉积ZnO基的TCO薄膜层,上述的TCO薄膜层是由ZnO基靶材借助溅射工艺在玻璃原片上沉积形成的2~4层的ZnO基复合型薄膜,其中复合型薄膜中各层的掺杂浓度呈梯度分布。 
上述的复合型薄膜是由依次沉积在玻璃原片上的掺R1的第一ZnO基薄膜及掺R2的第二ZnO基薄膜组成,其中,第一ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.2%-1%,第二ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.8%-3%,R1和R2均分别是元素Al、Ga、Zr中的一种。 
下面表1中给出了以上两个膜层中分别掺杂R1和R2的掺杂浓度的具体实施例。 
表1: 
以上表1中给出了5个参考实施例。
上述的复合型薄膜是由依次沉积在玻璃原片上的掺R3的第三ZnO基薄膜、掺R4的第四ZnO基薄膜及掺R5的第五ZnO基薄膜组成,其中,第三ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.2%-1%,第四ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.6%-2%,第五ZnO基薄膜的掺杂浓度是0.8%-3%,R3、R4和R5均分别是元素Al、Ga、Zr中的一种。 
下面表2中给出了以上三个膜层中分别掺杂R3、R4和R5的掺杂浓度的具体实施例。 
表2: 
以上表2中给出了5个参考具体实施例。
上述的复合型薄膜是由依次沉积在玻璃原片上的掺R6的第六ZnO基薄膜、掺R7的第七ZnO基薄膜、掺R8的第八ZnO基薄膜及掺R9的第九ZnO基薄膜组成,其中,第六ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.2%-1%,第七ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.6%-2%,第八ZnO基薄膜的掺杂浓度是0.8%-3%、第九ZnO基薄膜的掺杂浓度是1.2%-3.5%,R6、R7、R8和R9均分别是元素Al、Ga、Zr中的一种。 
下面表3中给出了以上四个膜层中分别掺杂R6、R7、R8、R9的掺杂浓度的具体实施例。 
表3: 
以上表3中给出了6个参考具体实施例。
上述的TCO薄膜层的厚度是100~2000nm。 
本发明在具体实施时,本发明中的TCO薄膜层是通过浮法玻璃的在线或离线的磁控溅射设备制备而成。溅射沉积设备至少包括进样室和工艺室,进样室可以直接连接在浮法玻璃生产线的降温区,可以抽真空并对进入其中的玻璃样品加热;进样室根据溅射设备的沉积温度来选择浮法玻璃生产线降温区的接入位置,玻璃基板通过传送带直接送入溅射沉积设备的进样室,应保证进样室衬底温度和沉积需要的温度以及生产线接入处的温度一致,其温度范围从室温到500℃;也可以和玻璃生产线分离,在合适的工艺条件下进行溅射沉积。沉积时的温度控制为20℃-500℃之间 , 溅射工艺时通入氩气或氩气和氧气的混合气体作为反应气体,沉积压力控制在1.0×10-3—8.0×10-3之间, 通过调节流片速度和溅射功率控制沉积速率,掺杂的元素包括Al、Ga、Zr元素中的一种或多种,其总厚度在100纳米到2000纳米之间。TCO薄膜层在溅射沉积成膜后,需要合适的腐蚀工艺,对其表面进行处理,腐蚀出电池工艺需求的绒面结构。 
下面列举本发明的较佳实施例作出详细说明,以三层氧化锌基薄膜为例。 
实施例一: 
保证溅射设备的衬底温度为100-500摄氏度,通入流量为100-1000sccm的氩气和0-20sccm的氧气作为反应气体,沉积压力控制在1.0×10-3—8.0×10-3之间,然后被传输进入溅射设备的工艺室中沉积Al掺杂的Zn0薄膜,通过调节流片速度和溅射功率控制沉积速率,工艺腔室中依次排布不同Al掺杂浓度的靶材,靶材的分布依次为0.5-1 wt%、1-2 wt%、2-3 wt%的A1掺杂的Zn0靶材,各靶材有独立电源控制,三层A1掺杂Zn0薄膜的厚度分别为100-200纳米、500-600纳米、100-250纳米。
实施例二: 
保证溅射设备的衬底温度为100-500摄氏度,通入流量为100-1000sccm的氩气作为反应气体,沉积压力控制在1.0×10-3—8.0×10-3之间,然后被传输进入溅射设备的工艺室中沉积Ga掺杂的Zn0薄膜,通过调节流片速度和溅射功率控制沉积速率,工艺腔室中依次排布不同Ga掺杂浓度的靶材,靶材的分布依次为0.2-0.57 wt%、0.6-1 wt%、1-1.5 wt%的Ga掺杂的Zn0靶材,各靶材有独立电源控制,三层Ga掺杂Zn0薄膜的厚度分别为50-150纳米、650-750纳米、50-150纳米。
实施例三: 
保证溅射设备的衬底温度为100-500摄氏度,通入流量为100-1000sccm的氩气作为反应气体,沉积压力控制在1.0×10-3—8.0×10-3之间,然后被传输进入溅射设备的工艺室中沉积Zr掺杂的Zn0薄膜,通过调节流片速度和溅射功率控制沉积速率,工艺腔室中依次排布不同Zr掺杂浓度的靶材,靶材的分布依次为0.2-0.5 wt%、0.5-0.8wt%、0.8-1.2 wt%的Zr掺杂的Zn0靶材,各靶材有独立电源控制,三层Zr掺杂Zn0薄膜的厚度分别为30-100纳米、600-800纳米、50-150纳米。
实施例四: 
保证溅射设备的衬底温度为100-500摄氏度,通入流量为100-1000sccm的氩气作为反应气体,沉积压力控制在1.0×10-3—8.0×10-3之间,然后被传输进入溅射设备的工艺室中沉积Al掺杂的和Ga掺杂的Zn0薄膜,通过调节流片速度和溅射功率控制沉积速率,工艺腔室中靶材的分布依次为掺杂浓度0.2-0.8wt%、Al掺杂浓度1-2 wt%、Al掺杂浓度2-3 wt%的Zn0靶材,各靶材有独立电源控制,三层Zn0薄膜的厚度分别为50-200纳米、550-800纳米、100-200纳米。
一种提高太阳能电池板光电转换效率的方法,解决了现有技术中由于ZnO基透明导电薄膜与光电转化区薄膜的界面匹配工艺尚不完善,影响光电转换效率的技术问题,采用的技术方案是,基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,以上方法的实施步骤中包括:在玻璃原片上沉积ZnO基的TCO薄膜层,上述的TCO薄膜层是由ZnO基靶材借助溅射工艺在玻璃原片上沉积形成的2~4层的ZnO基复合型薄膜,其中复合型薄膜中各层的掺杂浓度呈梯度分布。本发明的关键是:通过将TCO薄膜层设计为多层复合型结构、并将各个层的掺杂浓度进行合理控制、形成渐变梯度,大大提高了电池板的透光率和导电率,有效地提高太阳电池光电转化效率。 

Claims (2)

1.基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,以上方法的实施步骤中包括:在玻璃原片上沉积ZnO基的TCO薄膜层,其特征在于:所述的TCO薄膜层是由ZnO基靶材借助溅射工艺在玻璃原片上沉积形成的3~4层的ZnO基复合型薄膜,其中复合型薄膜中各层的掺杂浓度呈梯度分布;所述的复合型薄膜是由依次沉积在玻璃原片上的掺R3的第三ZnO基薄膜、掺R4的第四ZnO基薄膜及掺R5的第五ZnO基薄膜组成,其中,第三ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.2%-1%,第四ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.6%-2%,第五ZnO基薄膜的掺杂浓度是0.8%-3%,R3、R4和R5均分别是元素Al、Ga、Zr中的一种;或是由依次沉积在玻璃原片上的掺R6的第六ZnO基薄膜、掺R7的第七ZnO基薄膜、掺R8的第八ZnO基薄膜及掺R9的第九ZnO基薄膜组成,其中,第六ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.2%-1%,第七ZnO基薄膜的掺杂浓度是:0.6%-2%,第八ZnO基薄膜的掺杂浓度是0.8%-3%、第九ZnO基薄膜的掺杂浓度是1.2%-3.5%,R6、R7、R8和R9均分别是元素Al、Ga、Zr中的一种。
2.根据权利要求1所述的基于改进的TCO薄膜层提高太阳能电池板光电转换效率的方法,其特征在于:所述的TCO薄膜层的厚度是100~2000nm。
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