CN102856437A - 微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法 - Google Patents

微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法 Download PDF

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张津燕
胡安红
徐希翔
李沅民
单洪青
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Abstract

本发明公开了一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：在不锈钢基板上沉积银Ag薄膜和氧化锌ZnO薄膜；在所述ZnO薄膜表面沉积掺P的负电极层；在所述负电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In；在所述微晶硅层表面沉积掺B的正电极层；在所述正电极层表面沉积透明导电氧化物TCO薄膜。本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，通过控制氧杂质的含量，能够进一步提高微晶硅薄膜电池光电转换效率。

Description

微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法。
背景技术
微晶硅薄膜太阳能电池对于提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率具有重要的作用。与非晶硅相比，微晶硅具有更小的光学带隙、稳定的光学和电学性能，使得微晶硅薄膜电池能更多的吸收太阳光线，获得更高的光电转换效率。将微晶硅电池与非晶硅电池结合，制备非晶硅/微晶硅双结、非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结、非晶硅/微晶硅/微晶硅三结结构的叠层电池，可以获得光电效率高于12％的高性能的硅基薄膜太阳能电池。
目前，微晶硅薄膜电池的发展和应用最关键的两个技术问题在于高速均匀沉积和高的光电转换效率。硅基薄膜电池现有的光电转换效率在9-10％，远低于晶硅电池的转换效率，硅基薄膜电池的发展和广泛应用需要进一步提升电池的光电转换效率。在诸多限制硅基薄膜电池光电转换效率的因素中，微晶硅薄膜电池的内部缺陷的形成是目前实验发现中，影响最重要的一个。在实验和生产中，微晶硅薄膜电池均在特定的真空设备中进行制备，由于目前设备技术的限制，在制备的过程中不可避免地产生空气向真空设备内的泄入，从而使制得的微晶硅薄膜中引入了氧和氮等杂质。这些杂质形成一定的缺陷，降低了微晶硅薄膜电池吸收太阳光后的由太阳能转换成电能的效率。因此，如何在微晶硅薄膜制备中，减少空气中的杂质气体，尤其是氧的含量，或者利用掺杂来降低氧杂质的影响，对提高微晶薄膜电池的光电转换效率具有重要的作用。然而，在现有的阶段，设备的真空技术水平或性能，无法很好的实现的通过提高设备的真空度降低杂质含量。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，通过控制氧杂质的含量，能够进一步提高微晶硅薄膜电池光电转换效率。
为达到上述目的，本发明提供的一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在不锈钢基板上沉积银Ag薄膜和氧化锌ZnO薄膜；
在所述ZnO薄膜表面沉积掺P的负电极层；
在所述负电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In；
在所述微晶硅层表面沉积掺B的正电极层；
在所述正电极层表面沉积透明导电氧化物TCO薄膜。
根据微晶硅薄膜中杂质O的含量确定掺杂的B或Ga或In的浓度。
微晶硅薄膜中O杂质的含量为1017-1019at/cm3。
微晶硅薄膜中的B或Ga或In掺杂含量为1015-1017at/cm3。
本发明提供的另一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在玻璃基板上沉积透明导电氧化物TCO薄膜；
在所述TCO薄膜表面沉积掺B的正电极层；
在所述正电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In；
在所述微晶硅层表面沉积掺P的负电极层；
在所述负电极层表面沉积AZO薄膜和金属背电极。
根据微晶硅薄膜中杂质O的含量确定掺杂的B或Ga或In的浓度。
微晶硅薄膜中O杂质的含量为1017-1019at/cm3。
微晶硅薄膜中的B或Ga或In掺杂含量为1015-1017at/cm3。
本发明的优点：
本发明的方法通过对微晶硅的沉积工艺进行改进来提高微晶硅薄膜电池的光电转换效率。在制备微晶硅薄膜电池的微晶硅本征层时，控制杂质氧的含量，同时采用微量掺杂的方式降低氧杂质的影响，以获得高光电转换效率的微晶硅薄膜电池。通过以上工艺设计，0.5nm/s高速沉积速率下制备的微晶硅薄膜单结电池的光电转换效率达到10％，采用这种微晶硅的非晶硅/微晶硅/微晶硅三结电池的转换效率达到12％。
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。
图1为根据本发明方法实施例的流程图；
图2为说明本发明方法实施例的微晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3为根据本发明方法另一实施例的流程图；
图4为说明本发明方法另一实施例的微晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。
所述示图只是说明性而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。
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。
图1为本发明方法的流程图。本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，首先在不锈钢基板上沉积Ag薄膜和ZnO薄膜(步骤S101)；然后在ZnO薄膜表面沉积掺P的负电极层(步骤S102)；随后，在负电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In(步骤S103)；然后在微晶硅层表面沉积掺B的正电极层(步骤S104)；并沉积透明导电氧化物薄膜(步骤S105)。本发明的方法根据微晶硅薄膜中杂质O的含量确定掺杂的B或Ga或In的浓度。如果微晶硅薄膜中O杂质的含量为1017-1019at/cm3，则将微晶硅薄膜中的B或Ga或In掺杂含量精确控制在1015-1017at/cm3之间。
图2为说明本发明方法的微晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。如图2所示，以实施例说明工艺过程中精确控制和微量掺杂提高微晶硅薄膜电池的光电装换效率。在不锈钢基板11上采用热溅射法依次沉积300nm的Ag薄膜12和60nm的ZnO薄膜13，Ag薄膜12和ZnO薄膜13作为微晶硅薄膜电池的背反射层和电极层。在ZnO薄膜13上采用等离子体增强气相化学沉积法依次制备微晶硅薄膜电池结构中的掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16。掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16的厚度分别为20nm、3000nm和20nm。在沉积微晶硅层15时，微晶硅生长需要的气体为硅烷和氢气，生成的微晶硅的中杂质氧的含量是1017～1019at/cm3。最后沉积透明导电氧化物薄膜17，制备成微晶硅薄膜电池的光电转换效率为8％。
实施例1：在不锈钢基板11上采用热溅射法依次沉积300nm的Ag薄膜12和60nm的ZnO薄膜13，Ag薄膜12和ZnO薄膜13作为微晶硅薄膜电池的背反射层和电极层。在ZnO薄膜13上采用等离子体增强气相化学沉积法依次制备微晶硅薄膜电池结构中的掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16。掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16的厚度分别为20nm、3000nm和20nm。在沉积微晶硅层15时，除了微晶硅生长需要的硅烷和氢气外，掺杂了硼烷，B的掺杂浓度是1017at/cm3，生成的微晶硅的中杂质氧的含量是1017at/cm3。最后沉积透明导电氧化物薄膜17，制备成微晶硅薄膜电池的光电转换效率为7.5％，由于氧杂质含量与硼掺杂浓度不匹配，电池的转换效率反而略有降低。
实施例2：在不锈钢基板11上采用热溅射法依次沉积300nm的Ag薄膜12和60nm的ZnO薄膜13，Ag薄膜12和ZnO薄膜13作为微晶硅薄膜电池的背反射层和电极层。在ZnO薄膜13上采用等离子体增强气相化学沉积法依次制备微晶硅薄膜电池结构中的掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16，掺P的负电极层14、微晶硅层15和掺B的正电极层16的厚度分别为20nm、3000nm和20nm。在沉积微晶硅层15时，除了微晶硅生长需要的硅烷和氢气外，掺杂B，或Ga，或In的掺杂，其杂质浓度在1015～1017at/cm3的范围，生成的微晶硅的中杂质氧的含量是1017～1019at/cm3。最后沉积透明导电氧化物薄膜17，制备成微晶硅薄膜电池的光电转换效率为大于10％，电池的转换效率得到了极大地提高。
图3为根据本发明方法另一实施例的流程图，图4为说明本发明方法另一实施例的微晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。结合图3和图4所示，本实施例中，本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法首先在玻璃基板21表面沉积透明导电氧化物TCO薄膜22(步骤S201)；然后在所述TCO薄膜22表面沉积掺B的正电极层16(步骤S202)；随后在正电极层16表面沉积微晶硅薄膜15(步骤S203)，在此过程中掺入微量的B或Ga或In；之后在微晶硅层表面沉积掺P的负电极层14(步骤S204)，在所述负电极层14表面沉积AZO薄膜23和金属背电极27(步骤S205)。
在沉积微晶硅层15时，除了微晶硅生长需要的硅烷和氢气外，掺杂B，或Ga，或In的掺杂，其杂质浓度在1015～1017at/cm3的范围，生成的微晶硅的中杂质氧的含量是1017～1019at/cm3。
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。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 (8)

1.一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在不锈钢基板上沉积银Ag薄膜和氧化锌ZnO薄膜；
在所述ZnO薄膜表面沉积掺P的负电极层；
在所述负电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In；
在所述微晶硅层表面沉积掺B的正电极层；
在所述正电极层表面沉积透明导电氧化物TCO薄膜。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：根据微晶硅薄膜中杂质O的含量确定掺杂的B或Ga或In的浓度。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述微晶硅薄膜中O杂质的含量为1017-1019at/cm3。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：微晶硅薄膜中的B或Ga或In掺杂含量为1015-1017at/cm3。
5.一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在玻璃基板上沉积透明导电氧化物TCO薄膜；
在所述TCO薄膜表面沉积掺B的正电极层；
在所述正电极层表面沉积微晶硅薄膜；在此过程中掺入微量的B或Ga或In；
在所述微晶硅层表面沉积掺P的负电极层；
在所述负电极层表面沉积AZO薄膜和金属背电极。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：根据微晶硅薄膜中杂质O的含量确定掺杂的B或Ga或In的浓度。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：微晶硅薄膜中O杂质的含量为1017-1019at/cm3。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：微晶硅薄膜中的B或Ga或In掺杂含量为1015-1017at/cm3。
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