CN103137769A - 串叠式太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种串叠式太阳能电池及其制作方法，串叠式太阳能电池包括：依次堆叠的基板、透明导电氧化物层、顶部p-i-n结构、底部p-i-n结构、应力产生层、背金属层。在应力产生层的作用下底部p-i-n结构能发生拉伸应变，使底部p-i-n结构的I型层的能量带隙减小，从而使其吸收波长范围变宽，并使串叠式太阳能电池的载流子迁移率增加、电阻减小，提高了太阳能电池的光电转换效率。

Description

串叠式太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，特别是涉及一种串叠式太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能电池作为一种可再生清洁能源日益受到重视。其发展经历了三个过程：以硅片为基础的“第一代”太阳能电池，它的技术已发展成熟，但硅片的生长成本太高；过去十几年里开发了低成本的“第二代”薄膜太阳能电池，它能在一块太阳能电池基板上同时制作多个太阳能电池模块，使太阳能电池成本降低；太阳能光电光电转换效率(Photoelectric Conversion Efficiency)的上限是95％，远远高于标准太阳能电池的理论光电转换效率上限33％，这表明太阳能电池的性能还有很大的发展空间。其中，串叠式太阳能电池是人们的研究对象之一。
一种常见的串叠式太阳能电池结构如图1所示，太阳能电池包括基板1，在基板1上形成透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)层2，在透明导电氧化物层2上形成顶部p-i-n结构3，在顶部p-i-n结构3上形成底部p-i-n结构4，在底部p-i-n结构4上形成背金属层5。其中，顶部p-i-n结构3包括依次堆叠的P型非晶硅层31、I型非晶硅层(即本征型非晶硅层)32、N型非晶硅层33，P型非晶硅层31形成在透明导电氧化物层上。底部p-i-n结构4包括依次堆叠的P型微晶硅层41、I型微晶硅层(即本征型微晶硅层)42、N型微晶硅层43，P型微晶硅层41形成在N型非晶硅层33上。太阳光被顶部p-i-n结构3中的I型非晶硅层32及底部p-i-n结构4中的I型微晶硅层42吸收并产生电子-空穴对。在P型层(P型非晶硅层或P型微晶硅层)与N型层(N型非晶硅层或N型微晶硅层)之间产生的电场使电子移动向N型层，并使空穴流向P型层，形成电流，从而实现将光能转换为电能。由于非晶硅的能量带隙比微晶硅的能量带隙大，因此微晶硅能吸收波段较宽的光线，而非晶硅只能吸收波段较窄的光线。在具有这种结构的太阳能电池中，太阳光先照射至顶部p-i-n结构3并被其中的I型非晶硅层32吸收，没有被顶部p-i-n结构3吸收的太阳光继续照射到底部p-i-n结构4并被其中的I型微晶硅层42吸收。
衡量太阳能电池的一个重要指标是其光电转换效率，在能源日益缺乏的今天，探索一种具有较高光电转换效率的太阳能电池变得越来越重要。上述太阳能电池虽然在一定程度上提高了光电转换效率，但其光电转换效率有限。因此，确有必要研究一种具有较高光电转换效率的太阳能电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高光电转换效率的串叠式太阳能电池及其制作方法。
为实现上述目的，本发明提供的串叠式太阳能电池包括：
基板；
设置在所述基板上的透明导电氧化物层；
设置在所述透明导电氧化物层上的顶部p-i-n结构，其至少包括第一p-i-n结构，所述第一p-i-n结构包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层，其中，所述P型非晶硅层靠近所述透明导电氧化物层；
设置在所述顶部p-i-n结构上的底部p-i-n结构，其包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层，其中，所述P型微晶硅层靠近所述顶部p-i-n结构；
设置在所述底部p-i-n结构上的应力产生层，所述应力产生层使所述底部p-i-n结构产生拉伸应力；
设置在所述应力产生层上的背金属层。
可选的，所述应力产生层的材质为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。
可选的，所述应力产生层的厚度为10nm～500nm。
可选的，所述顶部p-i-n结构与所述底部p-i-n结构之间有缓冲层。
可选的，所述缓冲层的材质为含P型掺杂物或N型掺杂物的多孔硅。
可选的，所述多孔硅的孔径小于1um。
可选的，所述顶部p-i-n结构还包括设置在所述第一p-i-n结构上的第二p-i-n结构，所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构的I型层的能量带隙大。
可选的，所述第二p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层或包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层。
可选的，沿所述基板至所述背金属层方向，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。
为实现上述目的，本发明还一种串叠式太阳能电池的制作方法，其包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成透明导电氧化物层；
在所述透明导电氧化物层上形成顶部p-i-n结构，所述顶部p-i-n结构至少包括第一p-i-n结构，所述第一p-i-n结构包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层，所述P型非晶硅层靠近所述透明导电氧化物层；
在所述顶部p-i-n结构上形成底部p-i-n结构，所述底部p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层，所述P型微晶硅层靠近所述顶部p-i-n结构；
在所述底部p-i-n结构上形成应力产生层，在形成所述应力产生层的过程中会使所述底部p-i-n结构产生拉伸应力；
在所述应力产生层上形成背金属层。
可选的，所述应力产生层是利用化学气相沉积工艺形成。
可选的，所述应力产生层的材质为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。
可选的，所述应力产生层的厚度为10nm～500nm。
可选的，利用化学气相沉积工艺在所述底部p-i-n结构上形成所述应力产生层时，反应腔室内的温度保持在200℃～500℃之间。
可选的，形成所述顶部p-i-n结构之后、形成所述底部p-i-n结构之前，在所述顶部p-i-n结构上形成缓冲层。
可选的，所述缓冲层的材质为含P型掺杂物或N型掺杂物的多孔硅。
可选的，所述多孔硅的孔径小于1um。
可选的，所述缓冲层是利用光电化学刻蚀工艺形成。
可选的，所述顶部p-i-n结构还包括堆叠在所述第一p-i-n结构上的第二p-i-n结构，所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构的I型层的能量带隙大。
可选的，所述第二p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层或包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层。
可选的，形成依次堆叠的第一p-i-n结构、第二p-i-n结构的步骤包括：
向反应腔室中通入第一混合气体，所述第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在所述透明导电氧化物层上形成第一p-i-n结构的P型非晶硅层；
向反应腔室中通入第二混合气体，所述第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在所述第一p-i-n结构的P型非晶硅层上形成第一p-i-n结构的I型非晶硅层；
向反应腔室中通入第三混合气体，所述第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层上形成第一p-i-n结构的N型非晶硅层；
向反应腔室中通入第一混合气体，所述第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在第一p-i-n结构的N型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的P型微晶硅层或P型非晶硅层；
向反应腔室中通入第二混合气体，所述第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在所述第二p-i-n结构的P型微晶硅层或P型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层的能量带隙比第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙小；
向反应腔室中通入第三混合气体，所述第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的N型微晶硅层或N型非晶硅层。
可选的，沿所述基板至所述背金属层方向，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
在串叠式太阳能电池的底部p-i-n结构上形成应力产生层时，在应力产生层的作用下底部p-i-n结构能发生拉伸应变，使底部p-i-n结构的I型层的能量带隙减小了0.05eV～0.15eV，使其吸收波长范围变宽，并使串叠式太阳能电池的载流子迁移率增加、电阻减小，提高了太阳能电池的光电转换效率；
在上述串叠式太阳能电池基础上，通过在底部p-i-n结构与顶部p-i-n结构之间设置一缓冲层，使在形成太阳能电池的过程中底部p-i-n结构产生的应力不会影响至顶部p-i-n结构，避免了顶部p-i-n结构的能量带隙发生变化；
在上述串叠式太阳能电池基础上，可对顶部p-i-n结构作出改进，如使顶部p-i-n结构设置多个p-i-n结构且使每个p-i-n结构具有不同能量带隙的I型层、或使顶部p-i-n结构中包括能量带隙渐变的I型层，以使太阳能电池的吸收波长范围变宽。
附图说明
图1是一种常见的串叠式太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明串叠式太阳能电池的实施例中串叠式太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明串叠式太阳能电池制作方法的实施例中串叠式太阳能电池的制作流程图。
具体实施方式
本发明要解决的问题是提供一种具有较高光电转换效率的串叠式太阳能电池及其制作方法。
需指出的是，本发明中的P型层是指含有P型掺杂物的光电转换材料，如非晶硅、微晶硅等；I型层是指不含P型掺杂物及N型掺杂物的光电转换材料，如非晶硅、微晶硅等；N型层是指含有N型掺杂物的光电转换材料，如非晶硅、微晶硅等。
为了使串叠式太阳能电池具有较高光电转换效率，本发明采取以下手段：在串叠式太阳能电池的底部p-i-n结构上形成应力产生层，在应力产生层的作用下底部p-i-n结构能发生拉伸应变，使底部p-i-n结构的I型层的能量带隙减小了0.05eV～0.15eV，使其吸收波长范围变宽，并使串叠式太阳能电池的载流子迁移率增加、电阻减小，提高了太阳能电池的光电转换效率。
另外，在上述串叠式太阳能电池基础上，为了使在形成太阳能电池的过程中底部p-i-n结构产生的应力不会影响顶部p-i-n结构，并避免顶部p-i-n结构的能量带隙发生变化，可在底部p-i-n结构与顶部p-i-n结构之间设置一缓冲层。
在上述串叠式太阳能电池基础上，可对顶部p-i-n结构作出改进，如可使顶部p-i-n结构设置多个p-i-n结构且使每个p-i-n结构具有不同能量带隙的I型层、或使顶部p-i-n结构中包括能量带隙渐变的I型层，以使太阳能电池的吸收波长范围变宽。
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。
图2是本发明串叠式太阳能电池的实施例中串叠式太阳能电池的结构示意图。如图2所示，串叠式太阳能电池10包括：基板11、设置在基板11上的透明导电氧化物层12、设置在透明导电氧化物层12上的顶部p-i-n结构13、设置在顶部p-i-n结构13上的底部p-i-n结构14、设置在底部p-i-n结构14上的应力产生层15、设置在应力产生层15上的背金属层16。其中：
基板11可以由玻璃、塑料、聚合物、金属等透光导电材料形成。
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide)层12中可包括氧化锡、氧化锌、氧化铟锡、单宁酸镉及其组合等合适材料，还可包括其它掺杂成分。例如，当透明导电氧化物层12为氧化锌时，可在氧化锌中掺杂铝、镓、硼等成分。
顶部p-i-n结构13至少包括第一p-i-n结构13a，第一p-i-n结构13a包括依次堆叠的P型非晶硅(amorphous silicon，a-Si:H)层131a、I型非晶硅(本征型非晶硅)层132a、N型非晶硅层133a，其中，P型非晶硅层131a靠近透明导电氧化物层12。
顶部p-i-n结构13还可进一步包括堆叠在第一p-i-n结构13a上的第二p-i-n结构13b，第一p-i-n结构13a的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构13b的I型层的能量带隙大。第二p-i-n结构13b可包括依次堆叠的P型微晶硅层131b、I型微晶硅层132b、N型微晶硅层133b或包括依次堆叠的P型非晶硅层131b、I型非晶硅层132b、N型非晶硅层133b。在本发明的一个实施例中，第二p-i-n结构13b包括依次堆叠的P型微晶硅层131b、I型微晶硅层132b、N型微晶硅层133b，沿基板11至背金属层16方向，第二p-i-n结构13b中I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。具有上述结构的顶部p-i-n结构13可使串叠式太阳能电池的吸收波长范围变宽。
底部p-i-n结构14包括依次堆叠的P型微晶硅(microcrystalline silicon，μc-Si:H)层141、I型微晶硅层142、N型微晶硅层143，其中，P型微晶硅层141靠近顶部p-i-n结构13。
在底部p-i-n结构14上形成应力产生层15时，在应力产生层15的作用下底部p-i-n结构14会产生不超过1％的拉伸应力，使底部p-i-n结构14的I型层的能量带隙减小了0.05eV～0.15eV，使其吸收波长范围变宽，并使载流子迁移率增加、电阻减小，提高了光电转换效率。
应力产生层15的材料有多种，只要在底部p-i-n结构14上形成应力产生层15的过程中能使底部p-i-n结构14产生拉伸应力即可。在本实施例中，应力产生层15的材质为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。
对材质为钨的应力产生层15而言，其晶界处会存在钨原子并且其晶胞内部也会夹杂有钨原子，这会使材质为钨的应力产生层15的内部产生应力，当在底部p-i-n结构14上沉积钨时，应力产生层15产生的应力会释放在底部p-i-n结构14上并使底部p-i-n结构14产生应力。对材质为氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨的应力产生层15而言，其具有非对称或复杂的晶格结构，这样，相邻的原子间会产生挤压从而使应力产生层15的内部产生应力，当在底部p-i-n结构14上沉积氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨时，应力产生层15产生的应力会释放在底部p-i-n结构14上并使底部p-i-n结构14产生应力。应力产生层15的厚度与其对底部p-i-n结构14产生的应力大小紧密相关，为了使应力产生层15不会对底部p-i-n结构14产生过大的拉伸应力以致底部p-i-n结构14会产生龟裂现象，可使应力产生层15的厚度为10nm～500nm。
背金属层16的材料可以包括但不限于Al、Ar、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt及其合金或组合。
太阳光被顶部p-i-n结构13吸收并产生电子-空穴对，在顶部p-i-n结构13的P型层与顶部p-i-n结构13的N型层之间产生的电场使电子移动向顶部p-i-n结构13的N型层，并使空穴流向顶部p-i-n结构13的P型层，形成电流，从而实现将光能转换为电能。由于非晶硅的能量带隙比微晶硅的能量带隙大，因此微晶硅能吸收波段较宽的光线，而非晶硅只能吸收波段较窄的光线。太阳光先照射至顶部p-i-n结构13并被其中的I型层吸收，没有被顶部p-i-n结构13吸收的太阳光继续照射至底部p-i-n结构14并被顶部p-i-n结构14吸收且产生电子-空穴对，在底部p-i-n结构14的P型微晶硅层141与底部p-i-n结构14的N型微晶硅层143之间产生的电场使电子移动向N型微晶硅层143，并使空穴流向P型微晶硅层141，形成电流，从而实现将光能转换为电能。
为了使在形成串叠式太阳能电池10的过程中应力产生层15的应力不会影响至顶部p-i-n结构13，并造成顶部p-i-n结构13的能量带隙发生变化，可在底部p-i-n结构14与顶部p-i-n结构13之间设置一缓冲层17，这样，底部p-i-n结构14产生的应力会先传递至缓冲层17并被缓冲层17吸收或减弱以致没有应力或极小的应力(不超过1％)传递至缓冲层17下方的顶部p-i-n结构13。缓冲层17的材质有多种，在本实例中，缓冲层17的材质可为多孔硅。多孔硅内部形成有多个孔，较佳地，所述多孔硅的孔径小于1um，因此具有较好的弹性变形能力，能有效减小或消除传递至多孔硅的应力。并对多孔硅进行P型掺杂或N型掺杂以使顶部p-i-n结构13与的底部p-i-n结构14电导通。
图3是本发明串叠式太阳能电池的制作方法的实施例中串叠式太阳能电池的制作流程图，下面将图3与图2结合起来对本发明串叠式太阳能电池的制作方法的实施例进行详细说明。
首先执行步骤S11：提供基板11至反应腔室(未图示)中。
接着执行步骤S12：在基板11上形成透明导电氧化物层12，其形成方法有多种，如可利用溅射法、化学气相沉积(CVD)、电弧等离子体法形成。
接着执行步骤S13：在透明导电氧化物层12上形成顶部p-i-n结构13。顶部p-i-n结构13至少包括第一p-i-n结构13a，第一p-i-n结构13a包括依次堆叠的P型非晶硅(amorphous silicon，a-Si:H)层131a、I型非晶硅(本征型非晶硅)层132a、N型非晶硅层133a，其中，P型非晶硅层131a靠近透明导电氧化物层12。
顶部p-i-n结构13还可进一步包括堆叠在第一p-i-n结构13a上的第二p-i-n结构13b，第一p-i-n结构13a的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构13b的I型层的能量带隙大。第二p-i-n结构13b可包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层或包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层。在本发明的一个实施例中，第二p-i-n结构13b包括依次堆叠的P型微晶硅层131b、I型微晶硅层132b、N型微晶硅层133b，沿基板11至背金属层16方向，第二p-i-n结构13b中I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。
在本实施例中，第一p-i-n结构13a中的P型非晶硅层131a可用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成：向反应腔室中通入第一混合气体，第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在透明导电氧化物层12上形成P型非晶硅层131a。含氢气体包括但不限于氢气，含硅气体包括但不限于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及其组合。P型掺杂物可包括III族元素，例如硼或铝等，优选为硼。含硼的气体可包括三甲基硼(TMB或B(CH3)3)、乙硼烷(B2H6)、BF3、B(C2H5)3)等。
第一p-i-n结构13a中的I型非晶硅层132a的形成方法如同P型非晶硅层131a，只是在形成过程中不需向反应腔室中通入含P型掺杂物的气体。具体的，其形成方法如下：向反应腔室中通入第二混合气体，第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在P型非晶硅层131a上形成I型非晶硅层132a。
第一p-i-n结构13a中的N型非晶硅层133a同样可用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成：向反应腔室中通入第三混合气体，第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在I型非晶硅层132a上形成N型非晶硅层133a。含氢气体包括但不限于氢气，含硅气体包括但不限于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及其组合。N型掺杂物可包括V族元素，例如磷、砷或锑等，优选为磷。含磷的气体可包括磷化氢等。至此，第一p-i-n结构13a已形成。
类似的，第二p-i-n结构13b也可用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成：向反应腔室中通入第一混合气体，第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在第一p-i-n结构13a的N型非晶硅层133a上形成第二p-i-n结构13b的P型非晶硅层或P型微晶硅层131b；
向反应腔室中通入第二混合气体，第二混合气体包括含氢气体、含硅气体、掺杂物，以在第二p-i-n结构13b的P型非晶硅层或P型微晶硅层131b上形成I型非晶硅层或I型微晶硅层132b，第二p-i-n结构13b中I型层(包括I型非晶硅层或I型微晶硅层)132b的能量带隙比第一p-i-n结构13a中I型非晶硅层132a的能量带隙小；当第二p-i-n结构13b中的I型层为I型非晶硅层时，可在形成I型非晶硅层的混合气体中加入其它掺杂物，如锗，以改变I型非晶硅层的能量带隙。
向反应腔室中通入第三混合气体，第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在第二p-i-n结构13b的I型非晶硅层或I型微晶硅层132b上形成N型非晶硅层或N型微晶硅层133b。
还可以向反应腔室中继续通入气体以在第二p-i-n结构13b上再形成其它p-i-n结构，在此不赘述。
接着执行步骤S14：在顶部p-i-n结构13上形成缓冲层17。
缓冲层17的材质有多种，在本实例中，缓冲层17的材质可为多孔硅，并对多孔硅进行P型掺杂或N型掺杂以使顶部p-i-n结构13与的底部p-i-n结构14电导通。缓冲层17可利用制作工艺较为成熟的光电化学刻蚀(Photoelectric Chemical Etching)工艺形成，其工艺参数如下：温度为室温，电流密度为5mA/cm2～80mA/cm2，卤素灯光照射光功率为10mW/cm2～100mW/cm2，溶液为氢氟酸(HF)、水(H2O)及酒精(C2H5OH)的混合溶液。
接着执行步骤S15：在缓冲层17上形成底部p-i-n结构14，其包括依次堆叠的P型微晶硅层141、I型微晶硅层142、N型微晶硅层143，其中，P型微晶硅层141靠近顶部p-i-n结构13。微晶硅层的形成方法有多种，包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热丝化学气相沉积(HW CVD)或电子回旋共振化学气相沉积(ECR CVD)等。在本实施例中以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)为例。
向反应腔室中通入第一混合气体，第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在缓冲层17上形成P型微晶硅层141。在形成P型微晶硅层141的过程中要合理控制第一混合气体中含氢气体的比例并控制其它工艺参数以使微晶硅层具有合适的结晶率，如可使其结晶率保持在20％至80％之间。
I型微晶硅层142的形成方法与P型微晶硅层141的形成方法基本相同，只是在形成过程中不需向反应腔室中通入含P型掺杂物的气体。具体的，其形成方法如下：向反应腔室中通入第二混合气体，第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在P型微晶硅层141上形成I型非晶硅层142。
N型微晶硅层143的形成方法与P型微晶硅层141的形成方法基本相同，只是在形成过程中向反应腔室中通入的是含N型掺杂物的气体。具体的，其形成方法如下：向反应腔室中通入第三混合气体，第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在I型非晶硅层142上形成N型微晶硅层143。在形成N型微晶硅层143的过程中要合理控制第三混合气体中含氢气体的比例并控制其它工艺参数以使微晶硅层具有合适的结晶率，如可使其结晶率保持在20％至80％之间。
接着执行步骤S16：在底部p-i-n结构14上形成应力产生层15。应力产生层15的材质有多种，在本实施例中，其材质可为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。在形成应力产生层15的过程中，底部p-i-n结构14内部会产生拉伸应力以提高串叠式太阳能电池10的光电转换效率。应力产生层15的形成方法有多种，在本实例中，可利用化学气相沉积工艺形成应力产生层15。利用化学气相沉积工艺形成应力产生层15时，发明人发现通过控制化学气相沉积工艺的工艺参数可以调整应力产生层15对底部p-i-n结构14产生的应力。在本实施例中，当反应腔室内的温度保持在200℃～500℃之间时可使底部p-i-n结构14产生合适的拉伸应变并获得较高的光电转换效率。并且，在形成应力产生层15时，需对底部p-i-n结构14进行监测以保证底部p-i-n结构14的拉伸形变量不超过1％，以避免底部p-i-n结构14产生过大的形变量以致内部结构产生损伤，从而最终导致不能获得较高的光电转换效率。应力产生层15的厚度与其对底部p-i-n结构14产生的应力大小紧密相关，为了使应力产生层15不会对底部p-i-n结构14产生过大的拉伸应力以致底部p-i-n结构14会产生龟裂现象，可使应力产生层15的厚度的为10nm～500nm。
接着执行步骤S17：在应力产生层15上形成背金属层16，背金属层16的形成方法可与透明导电氧化物层12形成方法相同。
上述制作串叠式太阳能电池的过程中，虽然顶部p-i-n结构13(包括第一p-i-n结构13a、第二p-i-n结构13b)及底部p-i-n结构14中的P型层、I型层、N型层均分别利用第一混合气体(包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体)、第二混合气体(包括含氢气体、含硅气体)、第三混合气体(包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体)形成，但在形成不同种类p-i-n结构的P型层、I型层、N型层时，所述第一混合气体、第二混合气体、第三混合气体中各种气体含量比例可能需相应作出调整，或者使用不同种类的含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体、含N型掺杂物的气体。另外，形成不同种类p-i-n结构的P型层、I型层、N型层时，反应压强、温度等具体工艺参数也需相应调整。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在串叠式太阳能电池的底部p-i-n结构上形成应力产生层时，在应力产生层的作用下底部p-i-n结构能发生拉伸应变，使底部p-i-n结构的I型层的能量带隙减小了0.05eV～0.15eV，使其吸收波长范围变宽，并使串叠式太阳能电池的载流子迁移率增加、电阻减小，提高了太阳能电池的光电转换效率；
在上述串叠式太阳能电池基础上，通过在底部p-i-n结构与顶部p-i-n结构之间设置一缓冲层，使在形成太阳能电池的过程中底部p-i-n结构产生的应力不会影响至顶部p-i-n结构，避免了顶部p-i-n结构的能量带隙发生变化；
在上述串叠式太阳能电池基础上，可对顶部p-i-n结构作出改进，如使顶部p-i-n结构设置多个p-i-n结构且使每个p-i-n结构具有不同能量带隙的I型层、或使顶部p-i-n结构中包括能量带隙渐变的I型层，以使太阳能电池的吸收波长范围变宽。
上述通过实施例的说明，应能使本领域专业技术人员更好地理解本发明，并能够再现和使用本发明。本领域的专业技术人员根据本文中所述的原理可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下对上述实施例作各种变更和修改是显而易见的。因此，本发明不应被理解为限制于本文所示的上述实施例，其保护范围应由所附的权利要求书来界定。

Claims (22)

1.一种串叠式太阳能电池，其特征在于，包括：
基板；
设置在所述基板上的透明导电氧化物层；
设置在所述透明导电氧化物层上的顶部p-i-n结构，其至少包括第一p-i-n结构，所述第一p-i-n结构包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层，其中，所述P型非晶硅层靠近所述透明导电氧化物层；
设置在所述顶部p-i-n结构上的底部p-i-n结构，其包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层，其中，所述P型微晶硅层靠近所述顶部p-i-n结构；
设置在所述底部p-i-n结构上的应力产生层，所述应力产生层使所述底部p-i-n结构产生拉伸应力；
设置在所述应力产生层上的背金属层。
2.根据权利要求1所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述应力产生层的材质为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。
3.根据权利要求2所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述应力产生层的厚度为10nm～500nm。
4.根据权利要求1所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述顶部p-i-n结构与所述底部p-i-n结构之间有缓冲层。
5.根据权利要求4所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层的材质为含P型掺杂物或N型掺杂物的多孔硅。
6.根据权利要求5所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述多孔硅的孔径小于1um。
7.根据权利要求1或4或5所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述顶部p-i-n结构还包括设置在所述第一p-i-n结构上的第二p-i-n结构，所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构的I型层的能量带隙大。
8.根据权利要求7所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述第二p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层或包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层。
9.根据权利要求8所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，沿所述基板至所述背金属层方向，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。
10.一种串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成透明导电氧化物层；
在所述透明导电氧化物层上形成顶部p-i-n结构，所述顶部p-i-n结构至少包括第一p-i-n结构，所述第一p-i-n结构包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层，所述P型非晶硅层靠近所述透明导电氧化物层；
在所述顶部p-i-n结构上形成底部p-i-n结构，所述底部p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层，所述P型微晶硅层靠近所述顶部p-i-n结构；
在所述底部p-i-n结构上形成应力产生层，在形成所述应力产生层的过程中会使所述底部p-i-n结构产生拉伸应力；
在所述应力产生层上形成背金属层。
11.根据权利要求10所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述应力产生层是利用化学气相沉积工艺形成。
12.根据权利要求10所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述应力产生层的材质为钨或氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氮化钨。
13.根据权利要求10所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述应力产生层的厚度为10nm～500nm。
14.根据权利要求11所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，利用化学气相沉积工艺在所述底部p-i-n结构上形成所述应力产生层时，反应腔室内的温度保持在200℃～500℃之间。
15.根据权利要求10所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，形成所述顶部p-i-n结构之后、形成所述底部p-i-n结构之前，在所述顶部p-i-n结构上形成缓冲层。
16.根据权利要求15所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述缓冲层的材质为含P型掺杂物或N型掺杂物的多孔硅。
17.根据权利要求16所述的串叠式太阳能电池，其特征在于，所述多孔硅的孔径小于1um。
18.根据权利要求15所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述缓冲层是利用光电化学刻蚀工艺形成。
19.根据权利要求10或15或16或18所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述顶部p-i-n结构还包括堆叠在所述第一p-i-n结构上的第二p-i-n结构，所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙比第二p-i-n结构的I型层的能量带隙大。
20.根据权利要求19所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述第二p-i-n结构包括依次堆叠的P型微晶硅层、I型微晶硅层、N型微晶硅层或包括依次堆叠的P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层。
21.根据权利要求20所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，形成依次堆叠的第一p-i-n结构、第二p-i-n结构的步骤包括：
向反应腔室中通入第一混合气体，所述第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在所述透明导电氧化物层上形成第一p-i-n结构的P型非晶硅层；
向反应腔室中通入第二混合气体，所述第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在所述第一p-i-n结构的P型非晶硅层上形成第一p-i-n结构的I型非晶硅层；
向反应腔室中通入第三混合气体，所述第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在所述第一p-i-n结构的I型非晶硅层上形成第一p-i-n结构的N型非晶硅层；
向反应腔室中通入第一混合气体，所述第一混合气体包括含氢气体、含硅气体、含P型掺杂物的气体，以在第一p-i-n结构的N型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的P型微晶硅层或P型非晶硅层；
向反应腔室中通入第二混合气体，所述第二混合气体包括含氢气体、含硅气体，以在所述第二p-i-n结构的P型微晶硅层或P型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层的能量带隙比第一p-i-n结构的I型非晶硅层的能量带隙小；
向反应腔室中通入第三混合气体，所述第三混合气体包括含氢气体、含硅气体、含N型掺杂物的气体，以在所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层或I型非晶硅层上形成第二p-i-n结构的N型微晶硅层或N型非晶硅层。
22.根据权利要求20所述的串叠式太阳能电池的制作方法，其特征在于，沿所述基板至所述背金属层方向，所述第二p-i-n结构的I型微晶硅层的能量带隙逐渐变小。
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