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。