CN102931270A - 一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域。解决p型窗口层与缓冲层之间界面缺陷等技术问题，弱光型非晶硅太阳能电池，包括在衬底上顺序层叠的前电极层、PIN层、背电极层，其特征在于所述非晶硅太阳能电池的P层和I层之间设有过渡层和缓冲层。本发明还开发一种柔光型太阳能电池的制造方法，在P层和I层之间增设过渡层，过渡层的碳硅合金比例可以通过沉积工艺调节，以扩宽表观带隙，而且过渡层是一种质量更好的接近微晶或者微晶结构的薄膜，从而使得生长在它上面的缓冲层具有更好的薄膜质量，减少了P型窗口层与缓冲层界面处的光生载流子的复合在界面间获得更高的表观带隙，使得内建电场更强，光生载流子增加，减少了界面的复合，开路电压可提高3-6%，积极效果显著。

Description

一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
非晶硅太阳能电池的成功研制最早始于1974年，自从非晶硅太阳能研制成功以来，它吸引了许许多多的研究人员和工业技术人员的关注，通过结构的改进在电性能上得到了很大的提高，开发出了成熟的弱光型非晶硅太阳能电池，如中国专利ZL95104992.5“内联式非晶硅太阳能电池及制造方法”成功地实现了非晶硅太阳能电池的工业化生产，弱光型非晶硅太阳能电池被广泛地应用到计算器、手表、感应器等低功耗的小型电子产品。
目前，虽然弱光电池制备技术比较成熟，已基本满足一些小型电子产品的需要，但提高其电性能，扩宽应用一直是人们所努力的方向，已经由最开始的单纯的PIN结构：p型窗口层/非晶硅本征层/n型掺杂层（p-α-SiC:H /α-Si:H / n-α-Si:H）向带缓冲层的PIN结结构：p型窗口层/缓冲层/非晶硅本征层/n型掺杂层(p-α-SiC:H / SiC缓冲层/α-Si:H / n-α-Si:H)发展，如中国专利201110451224.0《非晶硅太阳能电池的制备方法》通过具有带隙缓变功能的缓冲层，提高了表观带隙，有效地减少了P-I界面载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，提高了太阳能电池转化效率和稳定性，但是，为了提高表观带隙，一般工艺的缓冲层的碳含量会略高于p型窗口层的碳含量，从而使得缓冲层与p型窗口层之间存在着较大的晶格失配，在制备的过程中在它们的界面处会产生大量的缺陷，这些缺陷又会造成光生电流的复合，特别是弱光型太阳能电池，由于弱光电池的光生电流比较小，这些界面缺陷对弱光发电性能的影响很大，中国专利201110183001.0《薄膜太阳能电池及其制造方法》在缓冲层和非晶硅本征层之间插入protocrystalline阻挡层，阻止缓冲层的碳进入本征层，解决了界面间的碳元素和硼元素的扩散问题，进一步提高了光生电流的收集，提高了转换效率，但是该方案仅仅解决了缓冲层和本征层界面之间的扩散问题，而没有解决p型窗口层和缓冲层之间的带隙问题，使得p型窗口层和缓冲层界面之间的电子复合问题仍然存在。
发明内容
    针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是设计一种弱光型非晶硅太阳能电池，具有调节P层与缓冲层之间的带隙的过渡层，消除p型窗口层与缓冲层之间界面缺陷，在界面间获得更高的表观带隙，使得内建电场更强，光生载流子增加，减少了界面的复合，提高短路电流和开路电压。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种弱光型非晶硅太阳能电池，包括在衬底上顺序层叠的前电极层、PIN层、背电极层，其特征在于所述非晶硅太阳能电池的P层和I层之间设有过渡层和缓冲层。
过渡层为非晶微晶混合相或微晶相掺杂碳硅合金薄膜，缓冲层为碳硅合金，过渡层位于P层和缓冲层之间。过渡层厚度为20～40nm，调节过渡层的碳硅比，消除P层与缓冲层之间的界面缺陷。
过渡层的碳硅比大于P层碳硅比的1/2，且等于或者小于P层的碳硅比。
过渡层的碳硅比大于P层的碳硅比，且小于P层碳硅比的1.3倍。
过渡层为微晶相ｐ型掺杂硅碳合金薄膜，硼掺杂的浓度小于P层的1/2。
本发明还提供一种弱光型非晶硅太阳能电池制造方法，在衬底上顺序层叠前电极层、PIN层和背电极层，且P层和I层之间还设有缓冲层，在非晶硅太阳能电池的P层和缓冲层之间增设过渡层，工艺为：
在沉积P型窗口层后，往反应腔体内通入包含B2H6、H2、SiH4、CH4的混合源气体，用化学气相沉积法在P层上沉积过渡层，通过沉积工艺调节过渡层的碳硅比，消除P层与缓冲层之间的界面缺陷，沉积温度为160～250℃，功率为250W，压力为250～350Pa，B2H6: SiH4的气体流量比为（1～2）:1000，H2:SiH4的气体流量比为（15～30）:1，CH4:SiH4的气体流量比为（5～7）:10。
过渡层为非晶微晶混合相或或者微晶相ｐ型掺杂碳硅合金薄膜，厚度为20～40nm。过渡层的碳硅比大于P层碳硅比的1/2，且小于P层碳硅比的1.3倍。
过渡层微晶相ｐ型掺杂碳硅合金薄膜，硼掺杂浓度小于P层硼掺杂浓度的1/2。
本发明产生的积极效果：在太阳能电池的P层与缓冲层之间增设过渡层，减少了由于P层与缓冲层界面处应力不一致所引起的界面缺陷；过渡层的碳硅合金比例可以通过沉积工艺调节，可扩宽了表观带隙，而且过渡层是一种质量更好的接近微晶或者微晶结构的薄膜，从而使得生长在它上面的缓冲层具有更好的薄膜质量，减少了P型窗口层与缓冲层界面处的光生载流子的复合，提高了弱光电池的开路电压和短路电流，同时过渡层具有更好的电导率，会减少弱光电池的串联电阻，提高其填充因子，从而使得弱光电池的电性能获得显著的提高，太阳能电池的开路电压可升高3-6%。
附图说明
图1：本发明的弱光型非晶硅太阳能电池的剖面结构示意图。
图中，1、衬底玻璃，2、前电极层，3、P型窗口层，4、过渡层，5、缓冲层，6、本征层，7、n型掺杂层，8、背电极层。
具体实施方式：
    实施例一：
本实施例的衬底玻璃1为1.2mm的超白玻璃，前电极层2为氧化铟锡（ITO），p型窗口层3为硼掺杂，过渡层4为掺硼微晶碳硅合金，缓冲层5为碳硅合金，本征层6为非晶硅，n型掺杂层7为磷掺杂，背电极层8为碳浆或铝，弱光型非晶硅太阳能电池的制造顺序为先在衬底玻璃1上沉积前电极层2，然后再依次沉积p型窗口层3、过渡层4、缓冲层5、本征层6和n型掺杂层，最后镀上背电极层8。
沉积p型窗口层3时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为80Pa，通入TMB气体（三甲基硼烷与硅烷的混合气）、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为80sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为200sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为420sccm:600sccm。
沉积过渡层4时，沉积温度为225℃，沉积功率为250W，沉积压力为350Pa，通入气体为TMB气体、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为40sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为12000sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为450sccm: 600sccm；较佳的沉积方法是，在沉积过渡层4之前，先用H2处理P型窗口层3一定的时间，再沉积过渡层4，其中过渡层4的厚度为20nm，硼掺杂的浓度稍微小于或者等于p型窗口层3的1/2，过渡层的碳硅比为P层碳硅比的1.14倍。
沉积缓冲层5时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为60Pa，通入气体为CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体， H2:SiH4的气体流量比为250sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为480sccm：600sccm。
实施例二：
本实施例的实施方式同实施例一，不同之处是：沉积p型窗口层3时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为80Pa，通入气体为TMB气体、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为80sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为200sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为420sccm:600sccm。
沉积过渡层4时，沉积温度为225℃，沉积功率为250W，沉积压力为350Pa，通入气体为TMB气体、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为40sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为12000sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为420sccm: 600sccm；较佳的沉积方法是，在沉积过渡层4之前，先用H2处理P型窗口层3一定的时间，再沉积过渡层4，其中过渡层4的厚度为30nm，硼掺杂的浓度稍微小于或者等于p型窗口层3的1/2，过渡层的碳硅比等于P层的碳硅比1.06倍。
沉积缓冲层5时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为60Pa，通入气体为CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体， H2:SiH4的气体流量比为250sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为450sccm：600sccm。
实施例三：
沉积p型窗口层3时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为80Pa，通入气体为TMB气体、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为80sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为200sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为420sccm:600sccm。
沉积过渡层4时，沉积温度为225℃，沉积功率为250W，沉积压力为350Pa，通入气体为TMB气体、CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体，其中：TMB气体: SiH4的气体流量比为40sccm:600sccm，H2:SiH4的气体流量比为12000sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为390sccm: 600sccm；较佳的沉积方法是，在沉积过渡层4之前，先用H2处理P型窗口层3一定的时间，再沉积过渡层4，其中过渡层4的厚度为40nm，硼掺杂的浓度稍微小于或者等于p型窗口层3的1/2，过渡层的碳硅比为P层碳硅比的0.98倍。
沉积缓冲层5时，沉积温度为225℃，沉积功率为70W，沉积压力为60Pa，通入气体为CH4气体、SiH4气体、H2气体的混合气体， H2:SiH4的气体流量比为250sccm:600sccm，CH4:SiH4的气体流量比为450sccm：600sccm。

Claims (10)

1. 一种弱光型非晶硅太阳能电池，包括在衬底上顺序层叠的前电极层、PIN层、背电极层，其特征在于所述非晶硅太阳能电池的P层和I层之间设有过渡层和缓冲层。
2. 根据权利要求1所述的弱光型非晶硅太阳能电池，其特征在于所述过渡层为非晶微晶混合相或微晶相掺杂碳硅合金薄膜，缓冲层为碳硅合金，过渡层位于P层和缓冲层之间。
3. 根据权利要求1所述的弱光型非晶硅太阳能电池，其特征在于所述过渡层厚度为20～40nm，调节过渡层的碳硅比，消除P层与缓冲层之间的界面缺陷。
4. 根据权利要求3所述的弱光型非晶硅太阳能电池，其特征在于所述过渡层的碳硅比大于P层碳硅比的1/2，且等于或者小于P层的碳硅比。
5. 根据权利要求1所述的弱光型非晶硅太阳能电池，其特征在于所述过渡层的碳硅比大于P层的碳硅比，且小于P层碳硅比的1.3倍。
6. 根据权利要求1所述的弱光型非晶硅太阳能电池，其特征在于所述过渡层为微晶相ｐ型掺杂硅碳合金薄膜，硼掺杂的浓度小于P层的1/2。
7. 一种弱光型非晶硅太阳能电池制造方法，在衬底上顺序层叠前电极层、PIN层和背电极层，且P层和I层之间还设有缓冲层，其特征在于：
在非晶硅太阳能电池的P层和缓冲层之间增设过渡层，即
在沉积P型窗口层后，往反应腔体内通入包含B2H6、H2、SiH4、CH4的混合源气体，用化学气相沉积法在P层上沉积过渡层，通过沉积工艺调节过渡层的碳硅比，消除P层与缓冲层之间的界面缺陷，沉积温度为160～250℃，功率为250W，压力为250～350Pa，B2H6: SiH4的气体流量比为（1～2）:1000，H2:SiH4的气体流量比为（15～30）:1，CH4:SiH4的气体流量比为（5～7）:10。
8. 根据权利要求7所述的弱光型非晶硅太阳能电池制造方法，其特征在于所述过渡层为非晶微晶混合相或者微晶相ｐ型掺杂碳硅合金薄膜，厚度为20～40nm。
9. 根据权利要求7所述的弱光型非晶硅太阳能电池制造方法，其特征在于所述过渡层的碳硅比大于P层碳硅比的1/2，且小于P层碳硅比的1.3倍。
10. 根据权利要求7所述的弱光型非晶硅太阳能电池制造方法，其特征在于所述过渡层微晶相ｐ型掺杂碳硅合金薄膜，硼掺杂浓度小于P层硼掺杂浓度的1/2。
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