CN103219429A - 叠层太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：提供衬底，在所述衬底上形成前电极；在所述前电极依次形成第一P型掺杂层、第一本征层以及第一N型掺杂层，构成第一P-I-N结；对所述第一P-I-N结的表面进行等离子体氧化处理，以形成氧化层；在所述氧化层上依次形成第二P型掺杂层、第二本征层以及第二N型掺杂层，构成第二P-I-N结；在所述第二P-I-N结上形成背电极。相应地，本发明还提供了一种叠层太阳能电池结构。本发明可以有效地提高叠层太阳能电池的转换效率，且工艺简单、成本低廉、能够与现有技术中叠层太阳能电池的生产设备相兼容。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。
背景技术
硅基薄膜太阳能电池用料省、能耗低，可以在玻璃、不锈钢和塑料等价格低廉的衬底上制备P-I-N型或N-I-P型结构的太阳能电池，这些特点使硅基薄膜太阳能电池成为以后进一步降低太阳能电池成本的希望。但是，由于非晶硅材料具有光致衰退效应，导致硅基薄膜太阳能电池的稳定性还有待提高，而且现在产业化的非晶硅单结太阳能电池的稳定光电转换效率还较低。因此，如何提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率成为这种电池以后是否能够大规模发展的关键。
针对上述问题，太阳能电池的研究者提出了叠层太阳能电池，成为改善硅基薄膜太阳能电池稳定性以及提高光电转换效率的有效途径。叠层太阳能电池指由至少两个非晶硅基P-I-N结或N-I-P结所叠合构成的电池。由于叠层太阳能电池中非晶硅层的厚度相对单结太阳能电池要薄很多，因此可以有效地降低叠层太阳能电池的光致衰退，以及提高稳定性。此外，使用不同光学带隙的材料分别作为叠层太阳能电池中非晶硅基P-I-N结或N-I-P结的本征层，可以拓宽太阳能电池对太阳光谱的吸收，从而有效提高太阳能电池的稳定光电转换效率。
在叠层太阳能电池中，相邻两个P-I-N结（或N-I-P结）之间的连接处会形成一个反向的PN结，这个结通常称作隧穿复合结。在光照下，叠层太阳能电池中各P-I-N结（或N-I-P结）的本征层内产生的光生电子和光生空穴会在内建场的作用下分别向N型掺杂层和P型掺杂层移动。相邻两个P-I-N结所产生的光生电子和光生空穴到达隧穿复合结界面后必须快速复合，否则会造成电荷积累、削弱内建场以及减少光生载流子的收集。因此，需要增加光生电子和光生空穴在隧穿复合结界面处的复合几率，从而提高叠层太阳能电池的性能。
目前，在隧穿复合结界面处生长一层高缺陷态的复合层是增加光生电子和光生空穴在隧穿复合结界面处的复合几率的有效方法之一。其中，在隧穿复合结界面生长一层高缺陷态复合层的方式主要包括以下两种：
(1)在叠层太阳能电池隧穿复合结的界面处沉积一层薄的金属氧化物（例如TiOx和NbOx），以此来提高隧穿复合结界面处的复合。但是，由于金属氧化物的形成需要利用电子束蒸发的方式进行制备，无法与现有技术中制备叠层太阳能电池的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备兼容，所以限制了这种方法的推广应用。
(2)在P-I-N结（或N-I-P结）之间的NP界面插入带隙较窄的重掺杂微晶硅（μc-Si）复合层、或缺陷态较高的重掺杂非晶硅（a-Si）层、或电导相对较高的重掺杂纳米硅（nc-Si）层，可以提高空穴向界面的传输。由于这种方法需要较为精确地控制复合层的厚度以及掺杂比例，因此，不适用于在大面积衬底上制备叠层太阳能电池，从而影响叠层太阳能电池的大规模生产。
因此，希望提出一种可以克服上述问题的叠层太阳能电池及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种叠层太阳能电池及其制备方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成前电极；
在所述前电极上依次形成第一P型掺杂层、第一本征层以及第一N型掺杂层，构成第一P-I-N结；
对所述第一P-I-N结的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层；
在所述氧化层上依次形成第二P型掺杂层、第二本征层以及第二N型掺杂层，构成第二P-I-N结；
在所述第二P-I-N结上形成背电极。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种叠层太阳能电池，该叠层太阳能电池依次包括衬底、前电极、第一P-I-N结、第二P-I-N结以及背电极，其中，在所述第一P-I-N结和所述第二P-I-N结之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成背电极；
在所述背电极上依次形成第三N型掺杂层、第三本征层以及第三P型掺杂层，构成第三N-I-P结；
对所述第三N-I-P结的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层；
在所述氧化层上依次形成第四N型掺杂层、第四本征层以及第四P型掺杂层，构成第四N-I-P结；
在所述第四N-I-P结上形成前电极。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种叠层太阳能电池，该叠层太阳能电池依次包括衬底、背电极、第三N-I-P结、第四N-I-P结以及前电极，其中，在所述第三N-I-P结和所述第四N-I-P结之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明在叠层太阳能电池的P-I-N结（或N-I-P结）之间的接触界面上形成一层薄的高缺陷态的氧化层，该氧化层的形成有利于光生载流子在P-I-N结（或N-I-P结）间隧穿复合，从而可以有效地降低叠层太阳能电池的串联电阻以及提高填充因子，进而有效地提高叠层太阳能电池的光电转换效率。
(2)本发明采用CO2作为含氧的处理气体对P-I-N结（或N-I-P结）的表面进行氧化处理。由于CO2的成本较低，因此相应使得叠层太阳能电池的生产成本也较低。
(3)本发明与现有技术中叠层太阳能电池的生产设备相兼容，因此无需对现有的生产线进行改造或额外购置其他设备即可对本发明所提供的叠层太阳能电池进行大规模生产。
(4)本发明所采用的等离子体氧化处理工艺简单易行且容易控制，便于在叠层太阳能电池产业中进行大范围推广。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明一个优选实施例的叠层太阳能电池的制备方法的流程图；
图2(a)至图2(e)为按照图1所示流程制备太阳能电池背电场的各个阶段的剖面示意图；
图3为根据本发明另一个优选实施例的叠层太阳能电池的制备方法的流程图；
图4(a)为图4(e)为按照图3所示流程制备太阳能电池背电场的各个阶段的剖面示意图；
图5(a)为传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池和本发明经过等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的串联电阻的比较图；
图5(b)为传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池和本发明经过等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的填充因子的比较图；
图5(c)为传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池和本发明经过等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的光电转换效率的比较图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
根据本发明的一个方面，提供了一种叠层太阳能电池的制备方法。图1为根据本发明一个优选实施例的叠层太阳能电池的制备方法的流程图。如图1所示，该制备方法包括：
在步骤S101中，提供衬底100，在所述衬底100上形成前电极110。
具体地，参考图2(a)，如图所示，首先，提供透明衬底100。在本实施例中，所述衬底100包括透明玻璃、透明聚合物薄膜或其他透明材料。接着，利用例如低压化学气相沉积（LPCVD）或磁控溅射等方法在所述衬底100上沉积透明导电氧化物（TCO）形成前电极（110）。其中，形成前电极的具体过程以及用于形成前电极的材料均为本领域技术人员所熟悉的常规技术手段以及材料，在此不在赘述。
在步骤S102中，在所述前电极110上依次形成第一P型掺杂层120a、第一本征层120b以及第一N型掺杂层120c，构成第一P-I-N结120。
具体地，参考图2(b)，如图所示，首先，利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法，在所述前电极110上沉积形成第一P型掺杂层120a。其中，所述第一P型掺杂层120a的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。所述第一P型掺杂层120a的厚度范围在10nm左右。
接着，继续利用PECVD工艺在所述第一P型掺杂层120a上沉积形成第一本征层120b。其中，所述第一本征层120b的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H。所述第一本征层120b的厚度范围为50nm-200nm。
然后，继续利用PECVD工艺在所述第一本征层120b上沉积形成第一N型掺杂层120c。其中，所述第一N型掺杂层120c的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H。所述第一N型掺杂层120c的厚度范围为100nm-300nm。
其中，所述第一P型掺杂层120a、第一本征层120b以及第一N型掺杂层120c构成第一P-I-N结120。
在步骤S103中，对所述第一P-I-N结120的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层130。
具体地，参考图2(c)，如图所示，形成所述第一P-I-N结120后，在制备所述叠层太阳能电池的反应室内（在本实施例中为PECVD设备内）通入含氧的处理气体，该含氧的处理气体在一定的反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体对所述第一P-I-N结120的表面进行氧化处理，在所述第一P-I-N结120的表面形成一层薄的氧化层130。其中，所述氧化层130的厚度范围为2nm-20nm。具体到本实施例中，所述含氧的处理气体为CO2，反应室内的压力为0.1-10mBar，温度为100-300℃，功率密度为0.01-100W/cm2，CO2在该反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体作用于第一P-I-N结120的表面（也就是第一N型掺杂层120c的表面），经过1-60s的作用，在所述第一P-I-N结120的表面形成一层薄的SiOx层。
在步骤S104中，在所述氧化层130上依次形成第二P型掺杂层140a、第二本征层140b以及第二N型掺杂层140c，构成第二P-I-N结140。
具体地，所述氧化层130形成后，在该氧化层130上继续形成P-I-N结以构成电池的叠层体。参考图2(d)，如图所示，与形成第一P-I-N结120的过程相似，首先，利用PECVD法在所述氧化层130上沉积形成第二P型掺杂层140a。其中，所述第二P型掺杂层140a的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。所述第二P型掺杂层140a的厚度范围在10nm左右。
接着，继续利用PECVD法在所述第二P型掺杂层140a上沉积形成第二本征层140b。其中，所述第二本征层140b的材料的光学带隙小于所述第一本征层120a的光学带隙。在本实施例中，所述第二本征层140a的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H。所述第二本征层140a的厚度范围为50nm-200nm。
然后，继续利用PECVD法在所述第二本征层140b上沉积形成第二N型掺杂层140c。其中，所述第二N型掺杂层140c的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H或uc-Si:H。所述第二N型掺杂层140c的厚度范围为100nm-300nm。
其中，所述第二P型掺杂层140a、第二本征层140b以及第二N型掺杂层140c构成第二P-I-N结140。
在步骤S105中，在所述第二P-I-N结140上形成背电极150。
具体地，参考图2(e)，如图所示，形成所述第二P-I-N结140后，利用例如LPCVD法或磁控溅射等方法在所述第二P-I-N结140上沉积透明导电氧化物（TCO）以形成背电极150，又或者利用例如溅射或物理气相沉积（PVD）等方法在所述第二P-I-N结140上沉积金属层以形成背电极150。其中，形成背电极的具体过程以及用于形成背电极的材料均为本领域技术人员所熟悉的常规技术手段以及材料，在此不在赘述。
在本实施例中，所述叠层太阳能电池为双结叠层太阳能电池，太阳光从如图2(e)所示的箭头方向入射至该双结叠层太阳能电池内。本领域的技术人员应该可以理解的是，上述制备叠层太阳能电池的方法不仅仅限于双结叠层太阳能电池的制备，同样还适用于三结或更多结的叠层太阳能电池。即，在形成所述第二P-I-N结140和所述背电极150之间，交替形成M个氧化层和P-I-N结，其中，M大于等于1。以形成三结叠层太阳能电池为例（即M等于1），在形成所述第二P-I-N结140后，对所述第二P-I-N结140的表面进行等离子体氧化处理，形成一层薄的氧化层（未示出），该氧化层的厚度范围为2nm-20nm，然后在该薄的氧化层上形成一个P-I-N结（未示出），最后在该P-I-N结上形成背电极150。对于具有更多结的叠层太阳能电池来说，与双结和三结叠层太阳能电池相比，其制备方法相同，只是形成的氧化层和P-I-N结的数量不同，因此，为了简明起见，在此不再一一说明。
相应地，本发明还提供了一种叠层太阳能电池。如图2(e)所示，所述叠层太阳能电池依次包括衬底100、前电极110、第一P-I-N结120、第二P-I-N结140以及背电极150，其中，在所述第一P-I-N结120和所述第二P-I-N结140之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层130。
具体地，所述衬底100的材料包括透明玻璃、透明聚合物薄膜或其他透明材料。所述前电极110位于衬底100上，其材料为透明导电氧化物（TCO）。
所述第一P-I-N结120位于前电极110上，其包括第一P型掺杂层120a、第一本征层120b以及第一N型掺杂层120c，其中，第一P型掺杂层120a位于前电极119上，第一本征层120b位于第一P型掺杂层120a上，第一N型掺杂层120c位于第一本征层120b上。所述第一P型掺杂层120a的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H，其厚度范围在10nm左右。所述第一本征层120b的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H，其厚度范围为50nm-200nm。所述第一N型掺杂层120c的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H，其厚度范围为100nm-300nm。
所述氧化层130位于第一P-I-N结120上，其厚度范围为2nm-20nm。其中，所述氧化层130是通过对所述第一P-I-N结120的表面（也就是第一N型掺杂层120c的表面）进行等离子体氧化处理所形成的。在本实施例中，所述氧化层130为SiOx。
所述第二P-I-N结140位于氧化层130上，其包括第二P型掺杂层140a、第二本征层140b以及第二N型掺杂层140c，其中，第二P型掺杂层140a位于氧化层130上，第二本征层140b位于第二P型掺杂层140a上，第二N型掺杂层140c位于第二本征层140b上。所述第二P型掺杂层140a的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H，其厚度范围在10nm左右。所述第二本征层140b的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H，其厚度范围为50nm-200nm。所述第二N型掺杂层140c的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H或uc-Si:H，其厚度范围为100nm-300nm。
所述背电极150位于第二P-I-N结140上。其中，所述背电极150的材料可以是透明导电氧化物（TCO），也可以是金属材料。
在本实施例中，所述叠层太阳能电池为双结叠层太阳能电池。本领域的技术人员应该可以理解的是，本发明所提供的叠层太阳能电池也可以是具有三结或更多结的叠层太阳能电池。即，在所述第二P-I-N结140和背电极150之间还可以包括交替排列的M个氧化层以及P-I-N结，其中，M大于等于1。以三结叠层太阳能电池为例（即M等于1），位于所述第二P-I-N结140的表面上的为一层薄的氧化层（未示出），该薄的氧化层是通过对所述第二P-I-N结140的表面（也就是第二N型掺杂层140c的表面）进行等离子体氧化处理所形成的，位于该薄的氧化层上的为一个P-I-N结（未示出），背电极150位于该P-I-N结上。对于具有更多结的叠层太阳能电池来说，与双结和三结叠层太阳能电池相比，其结构相似，只是氧化层和P-I-N结的数量不同，因此，为了简明起见，在此不再一一说明。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种叠层太阳能电池的制备方法。图3为根据本发明另一个优选实施例的叠层太阳能电池的制备方法的流程图。如图3所示，该制备方法包括：
在步骤S201中，提供衬底200，在所述衬底200上形成背电极210。
具体地，参考图4(a)，如图所示，首先，提供衬底200。在本实施例中，所述衬底200包括不锈钢或者塑料等材料。接着，利用例如LPCVD法或磁控溅射等方法在所述衬底200上沉积透明导电氧化物（TCO）以形成背电极210，又或者利用例如溅射或物理气相沉积（PVD）等方法在所述衬底200上沉积金属层以形成背电极210。其中，形成背电极的具体过程以及用于形成背电极的材料均为本领域技术人员所熟悉的常规技术手段以及材料，在此不在赘述。
在步骤S202中，在所述背电极210上依次形成第三N型掺杂层220a、第三本征层220b以及第三P型掺杂层220c，构成第三N-I-P结220。
具体地，参考图4(b)，如图所示，首先，利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法，在所述背电极210上沉积形成第三N型掺杂层220a。其中，所述第三N型掺杂层220a的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H或uc-Si:H。所述第三N型掺杂层220a的厚度范围为100nm-300nm。
接着，继续利用PECVD工艺在所述第三N型掺杂层220a上沉积形成第三本征层220b。其中，所述第三本征层220b的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H。所述第三本征层220b的厚度范围为50nm-200nm。
然后，继续利用PECVD工艺在所述第三本征层220b上沉积形成第三P型掺杂层220c。其中，所述第三P型掺杂层220c的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。所述第三P型掺杂层220c的厚度范围在10nm左右。
其中，所述第三N型掺杂层220a、第三本征层220b以及第三P型掺杂层220c构成第三N-I-P结220。
在步骤S203中，对所述第三N-I-P结220的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层230。
具体地，参考图4(c)，如图所示，形成所述第三N-I-P结220后，在制备所述叠层太阳能电池的反应室内（在本实施例中为PECVD设备内）通入含氧的处理气体，该含氧的处理气体在一定的反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体对所述第三N-I-P结220的表面进行氧化处理，在所述第三N-I-P结220的表面形成一层薄的氧化层230。其中，所述氧化层230的厚度范围为2nm-20nm。具体到本实施例中，所述含氧的处理气体为CO2，反应室内的压力为0.1-10mBar，温度为100-300℃，功率密度为0.01-100W/cm2，CO2在该反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体作用于第三N-I-P结220的表面（也就是第三P型掺杂层220c的表面），经过1-60s的作用，在所述第三N-I-P结220的表面形成一层薄的SiOx层。
在步骤S204中，在所述氧化层230上依次形成第四N型掺杂层240a、第四本征层240b以及第四P型掺杂层240c，构成第四N-I-P结240。
具体地，所述氧化层230形成后，在该氧化层230上继续形成N-I-P结以构成电池的叠层体。参考图4(d)，如图所示，与形成第三N-I-P结220的过程相似，首先，利用PECVD法在所述氧化层230上沉积形成第四N型掺杂层240a。其中，所述第四N型掺杂层240a的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H。所述第四N型掺杂层240a的厚度范围为100nm-300nm。
接着，继续利用PECVD法在所述第四N型掺杂层240a上沉积形成第四本征层240b。其中，所述第四本征层240b的材料的光学带隙大于所述第三本征层220b的光学带隙。在本实施例中，所述第四本征层240b的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H。所述第四本征层240b的厚度范围为50nm-200nm。
然后，继续利用PECVD法在所述第四本征层240b上沉积形成第四P型掺杂层240c。其中，所述第四P型掺杂层240c的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。所述第四P型掺杂层240c的厚度范围在10nm左右。
其中，所述第四N型掺杂层240a、第四本征层240b以及第四P型掺杂层240c构成第四N-I-P结240。
在步骤S205中，在所述第四N-I-P结240上形成前电极250。
具体地，参考图4(e)，如图所示，形成所述第四N-I-P结240后，利用例如LPCVD法或磁控溅射等方法在所述第四N-I-P结240上沉积透明导电氧化物（TCO）以形成前电极250。其中，形成前电极的具体过程以及用于形成前电极的材料均为本领域技术人员所熟悉的常规技术手段以及材料，在此不在赘述。
在本实施例中，所述叠层太阳能电池为双结叠层太阳能电池，太阳光从如图4(e)所示的箭头方向入射至该双结叠层太阳能电池内。本领域的技术人员应该可以理解的是，上述制备叠层太阳能电池的方法不仅仅限于双结叠层太阳能电池的制备，同样还适用于三结或更多结的叠层太阳能电池。即，在形成所述第四N-I-P结240和所述前电极250之间，交替形成M个氧化层和N-I-P结，其中，M大于等于1。以形成三结叠层太阳能电池为例（即M等于1），在形成所述第四N-I-P结240后，对所述第四N-I-P结240的表面进行等离子体氧化处理，形成一层薄的氧化层（未示出），该氧化层的厚度范围为2nm-20nm，然后在该薄的氧化层上形成一个N-I-P结（未示出），最后在该N-I-P结上形成前电极250。对于具有更多结的叠层太阳能电池来说，与双结和三结叠层太阳能电池相比，其制备方法相同，只是形成的氧化层和N-I-P结的数量不同，因此，为了简明起见，在此不再一一说明。
相应地，本发明还提供了一种叠层太阳能电池。如图4(e)所示，所述叠层太阳能电池依次包括衬底200、背电极210、第三N-I-P结220、第四N-I-P结240以及前电极250，其中，在所述第三N-I-P结220和所述第四N-I-P结240之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层230。
具体地，所述衬底200的材料包括不锈钢或塑料等材料。所述背电极210位于衬底200上，其材料可以是透明导电氧化物（TCO），也可以是金属材料。
第三N-I-P结220位于背电极210上，其包括第三N型掺杂层220a、第三本征层220b以及第三P型掺杂层220c，其中，第三N型掺杂层220a位于背电极210上，第三本征层220b位于第三N型掺杂层220a上，第三P型掺杂层220c位于第三本征层220b上。所述第三N型掺杂层220a的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H或uc-Si:H，其厚度范围为100nm-300nm。所述第三本征层220b的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H，其厚度范围为50nm-200nm。所述第三P型掺杂层220c的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H，其厚度范围在10nm左右。
所述氧化层230位于第三N-I-P结220上，其厚度范围为2nm-20nm。其中，所述氧化层230是通过对所述第三N-I-P结220的表面（也就是第三P型掺杂层220c的表面）进行等离子体氧化处理所形成的。在本实施例中，所述氧化层230为SiOx。
第四N-I-P结240位于氧化层230上，其包括所述第四N型掺杂层240a、第四本征层240b以及第四P型掺杂层240c，其中，第四N型掺杂层240a位于氧化层230上，第四本征层240b位于第四N型掺杂层240a上，第四P型掺杂层240c位于第四本征层240b上。所述第四N型掺杂层240a的材料包括掺杂了N型杂质（例如磷）的a-Si:H，其厚度范围为100nm-300nm。所述第四本征层240b的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H，其厚度范围为50nm-200nm。所述第四P型掺杂层240c的材料包括掺杂了P型杂质（例如硼）的a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H，其厚度范围在10nm左右。
所述前电极250位于第四N-I-P结240上。其中，所述前电极250的材料为透明导电氧化物（TCO）。
在本实施例中，所述叠层太阳能电池为双结叠层太阳能电池。本领域的技术人员应该可以理解的是，本发明所提供的叠层太阳能电池也可以是具有三结或更多结的叠层太阳能电池。即，在所述第四N-I-P结240和前电极250之间还可以包括交替排列的M个氧化层以及N-I-P结，其中，M大于等于1。以三结叠层太阳能电池为例（即M等于1），位于所述第四N-I-P结240的表面上的为一层薄的氧化层（未示出），该薄的氧化层是通过对所述第四N-I-P结240的表面（也就是第四P型掺杂层240c的表面）进行等离子体氧化处理所形成的，位于该薄的氧化层上的为一个N-I-P结（未示出），前电极250位于该N-I-P结上。对于具有更多结的叠层太阳能电池来说，与双结和三结叠层太阳能电池相比，其结构相似，只是氧化层和N-I-P结的数量不同，因此，为了简明起见，在此不再一一说明。
图5(a)、图5(b)以及图5(c)分别为传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗（a-Si/a-SiGe）叠层太阳能电池和本发明经过等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的串联电阻（Rs）、填充因子（FF）以及光电转换效率（Eta）的比较图。
具体地，用于比较的传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池和本发明所提供的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池，其二者的第一P-I-N结和第二P-I-N结具有相同的结构以及采用相同的材料，其中，第一P-I-N结中的第一P型掺杂层的材料采用a-SiC:H、第一本征层的材料采用a-Si:H、第一N型掺杂层的材料采用a-Si:H，第二P-I-N结中的第二P型掺杂层的材料采用nc-Si:H、第二本征层的材料采用a-SiGe:H、第二N型掺杂层的材料采用uc-Si:H。本发明所提供的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池在其第一P-I-N结与第二P-I-N结之间存在一层薄的氧化层，该氧化层为对第一P-I-N结表面进行等离子体氧化处理10s后形成的SiOx层。
从图5(a)中可以看出，经等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池，其串联电阻低于传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池（即未经等离子体氧化处理的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池）的串联电阻。也就是说，本发明可以有效降低P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的串联电阻。
从图5(b)中可以看出，经等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池，其填充因子高于传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的填充因子。也就是说，本发明可以有效提高P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的填充因子。
从图5(c)中可以看出，经等离子体氧化处理10s后的P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池，其光电转换效率高于传统P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的光电转换效率。也就是说，本发明可以有效提高P-I-N型非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池的光电转换效率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明在叠层太阳能电池的P-I-N结（或N-I-P结）之间的接触界面上形成一层薄的高缺陷态的氧化层，该氧化层的形成有利于光生载流子在P-I-N结（或N-I-P结）间隧穿复合，从而可以有效地降低叠层太阳能电池的串联电阻以及提高填充因子，进而有效地提高叠层太阳能电池的光电转换效率。
(2)本发明采用CO2作为含氧的处理气体对P-I-N结（或N-I-P结）的表面进行氧化处理。由于CO2的成本较低，因此相应使得叠层太阳能电池的生产成本也较低。
(3)本发明与现有技术中叠层太阳能电池的生产设备相兼容，因此无需对现有的生产线进行改造或额外购置其他设备即可对本发明所提供的叠层太阳能电池进行大规模生产。
(4)本发明所采用的等离子体氧化处理工艺简单易行且容易控制，便于在叠层太阳能电池产业中进行大范围推广。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (26)
1.一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底（100），在所述衬底（100）上形成前电极（110）；
在所述前电极（110）上依次形成第一P型掺杂层（120a）、第一本征层（120b）以及第一N型掺杂层（120c），构成第一P-I-N结（120）；
对所述第一P-I-N结（120）的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层（130）；
在所述氧化层（130）上依次形成第二P型掺杂层（140a）、第二本征层（140b）以及第二N型掺杂层（140c），构成第二P-I-N结（140）；
在所述第二P-I-N结（140）上形成背电极（150）。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
制备所述第一P型掺杂层（120a）的材料包括a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H；
制备所述第一本征层（120b）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H；
制备所述第一N型掺杂层（120c）的材料包括a-Si:H。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
制备所述第二P型掺杂层（140a）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H；
制备所述第二本征层（140b）的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H；
制备所述第二N型掺杂层（140c）的材料包括a-Si:H或uc-Si:H。
4.根据权利要求1至3中任一所述的制备方法，其中，对所述第一P-I-N结（120）的表面进行等离子体氧化处理以形成氧化层（130）的步骤包括：
在制备所述叠层太阳能电池的反应室内通入含氧的处理气体，该含氧的处理气体在一定的反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体对所述第一P-I-N结（120）的表面进行氧化处理，在所述第一P-I-N结（120）的表面形成氧化层（130）。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述氧化层（130）的厚度范围为2nm-20nm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其中：
所述含氧的处理气体为CO2，所述反应室内的压力为0.1-10mBar，温度为100-300℃，功率密度为0.01-100W/cm2，氧化处理的时间为1-60s，所述氧化层（130）为SiOx层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，还包括：
在所述第二P-I-N结（140）和所述背电极（150）之间，交替形成M个氧化层和P-I-N结，其中，M大于等于1。
8.一种叠层太阳能电池，依次包括衬底（100）、前电极（110）、第一P-I-N结（120）、第二P-I-N结（140）以及背电极（150），其中：
在所述第一P-I-N结（120）和所述第二P-I-N结（140）之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层（130）。
9.根据权利要求8所述的叠层太阳能电池，其中，所述氧化层（130）的厚度为2nm-20nm。
10.根据权利要求8或9所述的叠层太阳能电池，其中：
所述第一P-I-N结（120）包括第一P型掺杂层（120a）、第一本征层（120b）以及第一N型掺杂层（120c），其中：
制备所述第一P型掺杂层（120a）的材料包括a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H；
制备所述第一本征层（120b）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H；
制备所述第一N型掺杂层（120c）的材料包括a-Si:H。
11.根据权利要求10所述的叠层太阳能电池，其中，所述氧化层（130）为SiOx层。
12.根据权利要求8或9所述的叠层太阳能电池，其中
所述第二P-I-N结（140）包括第二P型掺杂层（140a）、第二本征层（140b）以及第二N型掺杂层（140c），其中：
制备所述第二P型掺杂层（140a）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H；
制备所述第二本征层（140b）的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H；
制备所述第二N型掺杂层（140c）的材料包括a-Si:H或uc-Si:H。
13.根据权利要求8或9所述的叠层太阳能电池，在所述第二P-I-N结（140）和背电极（150）之间还包括：
交替排列的M个氧化层以及P-I-N结，其中，M大于等于1。
14.一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底（200），在所述衬底（200）上形成背电极（210）；
在所述背电极（210）上依次形成第三N型掺杂层（220a）、第三本征层（220b）以及第三P型掺杂层（220c），构成第三N-I-P结（220）；
对所述第三N-I-P结（220）的表面进行等离子体氧化处理，形成氧化层（230）；
在所述氧化层（230）上依次形成第四N型掺杂层（240a）、第四本征层（240b）以及第四P型掺杂层（240c），构成第四N-I-P结（240）；
在所述第四N-I-P结（240）上形成前电极（250）。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其中：
制备所述第三N型掺杂层（220a）的材料包括a-Si:H或uc-Si:H；
制备所述第三本征层（220b）的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H；
制备所述第三P型掺杂层（220c）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。
16.根据权利要求14所述的制备方法，其中：
制备所述第四N型掺杂层（240a）的材料包括a-Si:H；
制备所述第四本征层（240b）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H；
制备所述第四P型掺杂层（240c）的材料包括a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。
17.根据权利要求14至16中任一所述的制备方法，其中，对所述第三N-I-P结（220）的表面进行等离子体氧化处理以形成氧化层（230）的步骤包括：
在制备所述叠层太阳能电池的反应室内通入含氧的处理气体，该含氧的处理气体在一定的反应条件下生成含氧等离子体，该含氧等离子体对所述第三N-I-P结（220）的表面进行氧化处理，在所述第三N-I-P结（220）的表面形成氧化层（230）。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述氧化层（230）的厚度范围为2nm-20nm。
19.根据权利要求17所述的制备方法，其中：
所述含氧的处理气体为CO2，所述反应室内的压力为0.1-10mBar，温度为100-300℃，功率密度为0.01-100W/cm2，氧化处理的时间为1-60s，所述氧化层（230）为SiOx层。
20.根据权利要求14所述的制备方法，还包括：
在所述第四N-I-P结（240）和所述前电极（250）之间，交替形成M个氧化层和N-I-P结，其中，M大于等于1。
21.一种叠层太阳能电池，依次包括衬底（200）、背电极（210）、第三N-I-P结（220）、第四N-I-P结（240）以及前电极（250），其中：
在所述第三N-I-P结（220）和所述第四N-I-P结（240）之间存在通过等离子体氧化处理所形成的氧化层（230）。
22.根据权利要求21所述的叠层太阳能电池，其中，所述氧化层（230）的厚度为2nm-20nm。
23.根据权利要求21或22所述的叠层太阳能电池，其中：
所述第三N-I-P结（220）包括第三N型掺杂层（220a）、第三本征层（220b）以及第三P型掺杂层（220c），其中：
制备所述第三N型掺杂层（220a）的材料包括a-Si:H或uc-Si:H；
制备所述第三本征层（220b）的材料包括a-SiGe:H或uc-SiGe:H；
制备所述第三P型掺杂层（220c）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。
24.根据权利要求23所述的叠层太阳能电池，其中，所述氧化层（230）为SiOx层。
25.根据权利要求21或22所述的叠层太阳能电池，其中
所述第四N-I-P结（240）包括第四N型掺杂层（240a）、第四本征层（240b）以及第四P型掺杂层（240c），其中：
制备所述第四N型掺杂层（240a）的材料包括a-Si:H；
制备所述第四本征层（240b）的材料包括a-Si:H、a-SiC:H或a-SiO:H；
制备所述第四P型掺杂层（240c）的材料包括a-SiC:H、a-SiO:H或nc-Si:H。
26.根据权利要求21或22所述的叠层太阳能电池，在所述第四N-I-P结（240）和前电极（250）之间还包括：
交替排列的M个氧化层以及N-I-P结，其中，M大于等于1。
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