CN105552143B - N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池。该制备方法包括以下步骤：利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，实施等离子体增强化学气相沉积工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50～70℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，反应气压为500Pa～750Pa；形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。以提高太阳能电池转换效率。

Description

N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池。
背景技术
硅基太阳能电池包括有单晶硅异质结太阳电池和硅薄膜太阳能电池，其中，N型硅层是上述种类的硅基太阳能电池中必不可少的结构。现有技术中通常采用非晶硅薄膜作为单晶硅异质结太阳能电池和硅薄膜太阳能电池中的N型硅层，然而非晶硅薄膜的能带宽度约1.8eV，N型掺杂的激活能约0.4eV，上述较小的能带宽度和较大的激活能不仅不利于太阳能电池内建电场的建立和光生载流子的收集，也不利于限制N型硅层与本征硅层界面处空穴向N型硅层的扩散；并且，由于非晶硅薄膜的电导率也相对较小，从而也不利于减小电池的串联电阻，上述问题最终也导致了太阳能电池的转换效率降低。
为了提高N型掺杂硅薄膜的带隙宽度，申请号为CN200910068153.9的专利申请中提出一种硅薄膜太阳电池用宽带隙N型纳米硅材料及其制备方法，获得了高电导率、宽带隙的N型纳米硅层。然而，上述方法中需要较高的衬底温度，从而不仅使工艺生产中能耗较大，还会对硅片造成损伤，并且形成的N型纳米硅层的晶粒尺寸为5～20纳米，较大的晶粒尺寸不利于产生量子尺寸效应，进而影响了带隙的展宽效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池，以解决现有技术中含有由非晶硅薄膜制备的N型掺杂硅薄膜导致太阳能电池的转换效率降低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，实施等离子体增强化学气相沉积工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50～70℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，反应气压为500Pa～750Pa；形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。
进一步地，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:10～1:60。
进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前，制备方法还包括对太阳能电池半成品进行表面处理的过程，过程包括：对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10-5Pa；向反应室内通入氢气，利用等离子体增强化学气相沉积工艺对太阳能电池半成品进行表面处理。
进一步地，进行表面处理的步骤中，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气压为450Pa～700Pa，辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，优选表面处理的时间为5～15s。
进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对太阳能电池半成品进行表面处理之后，制备方法还包括：停止向反应室通入氢气；对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10-1Pa。
进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之后，制备方法还包括：依次停止通入掺杂气体、硅源气体和氢气。
进一步地，硅源气体为SiH4和/或Si2H6，掺杂气体为PH3和/或AsH3。
进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品、多结硅薄膜太阳能电池半成品和/或单晶硅异质结太阳能电池半成品。
进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品或多结硅薄膜太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构包括依次层叠的衬底和金属电极，依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层和本征硅层，依次层叠的衬底、金属电极、N型硅层、本征硅层和P型硅层，或依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层、本征硅层、N型硅层、P型硅层和本征硅层，且N型掺杂硅薄膜形成于太阳能电池半成品的远离衬底的一侧表面上。
进一步地，太阳能电池半成品为单晶硅异质结太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构包括层叠的P型硅层和本征硅层，和/或层叠的N型硅层和本征硅层，且N型掺杂硅薄膜形成于至少一层本征硅层的表面上。
根据本发明的另一方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜，N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。
根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能电池，太阳能电池包括太阳能电池半成品以及设置于太阳能电池半成品上的N型硅层，N型硅层为上述的制备方法制备得到的N型掺杂硅薄膜或上述的N型掺杂硅薄膜。
应用本发明的技术方案，通过向设置有太阳能电池半成品的反应室中通入反应气体，反应气体中氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，并控制衬底温度为50～70℃，反应室的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，以及反应室的反应气压为500Pa～750Pa，从而增强了氢等离子体对非晶硅薄膜中硅硅弱键的刻蚀强度，进而不仅使形成的N型掺杂硅薄膜中晶粒尺寸小于5nm，而且降低了生产工艺中的能耗以及高温对硅片的热损伤。并且，由于所制备的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，从而受到量子尺寸效应的影响，纳米颗粒将产生不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，进而使N型掺杂硅薄膜的能带带隙实现大于1.9eV的宽带隙，形成了纳米硅薄膜，纳米硅薄膜相对于非晶硅薄膜的掺杂效率更高，从而能够获得小于0.1eV的更低的激活能。由此可见，本申请通过提高N型掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率提高了太阳能电池的内建电场，减小了串联电阻，最终提高了太阳能电池的转换效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明所提供的N-I-P结构的单结硅太阳能电池的结构示意图；
图2示出了本发明所提供的P-I-N结构的单结硅太阳能电池的结构示意图；
图3示出了本发明所提供的多层N-I-P结构层叠的多结硅太阳能电池的结构示意图；
图4示出了本发明所提供的多层P-I-N结构层叠的多结硅太阳能电池的结构示意图；
图5示出了本发明所提供的一种单晶硅异质结太阳电池的结构示意图；
图6示出了本发明所提供的另一种单晶硅异质结太阳电池的结构示意图；以及
图7示出了本发明实施例1中N型掺杂硅薄膜的微观显示图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
由背景技术可知，现有技术中由非晶硅薄膜制备的N型掺杂硅薄膜导致太阳能电池的转换效率降低。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种N型掺杂硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，实施等离子体增强化学气相沉积工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50～70℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，反应气压为500Pa～750Pa；形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。
该制备方法通过向设置有太阳能电池半成品的反应室中通入反应气体，反应气体中氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，并控制衬底温度为50～70℃，反应室的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，以及反应室的反应气压为500Pa～750Pa，从而增强了氢等离子体对非晶硅薄膜中硅硅弱键的刻蚀强度，进而不仅使形成的N型掺杂硅薄膜中晶粒尺寸小于5nm，而且降低了生产工艺中的能耗以及高温对硅片的热损伤；并且，由于制备的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，从而受到量子尺寸效应的影响，纳米颗粒将产生不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，进而使N型掺杂硅薄膜的能带带隙实现大于1.9eV的宽带隙，形成了纳米硅薄膜，相对于非晶硅薄膜，纳米硅薄膜的掺杂效率更高，从而能够获得小于0.1eV的更低的激活能，进而通过提高N型掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率提高了太阳能电池的内建电场，减小了串联电阻，最终提高了太阳能电池的转换效率。
上述太阳能电池半成品是指在太阳能电池的制备方法中形成N型掺杂硅薄膜之前已经形成的结构，其可以为单结硅薄膜太阳能电池半成品、多结硅薄膜太阳能电池半成品和/或单晶硅异质结太阳能电池半成品。由于上述形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV，从而通过将上述N型掺杂硅薄膜形成于太阳能电池半成品上，能够使形成的单晶硅异质结太阳电池、单结硅薄膜太阳能电池和多结硅薄膜太阳电池具有较大的内建电场和较小的串联电阻，进而提高了上述太阳能电池的转换效率。
当上述太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构可以包括依次层叠的衬底10和金属电极20，此时形成的N型掺杂硅薄膜310位于金属电极20的远离衬底10的一侧表面上，可以再通过依次形成本征硅层40、P型硅层50和透明导电电极60，以形成NIP结构的单结硅薄膜太阳电池，如图1所示；太阳能电池半成品的结构也可以包括依次层叠的衬底10、透明导电电极60、P型硅层50和本征硅层40，此时形成的N型掺杂硅薄膜310位于本征硅层40的远离衬底10的一侧表面上，可以再通过形成金属电极20，以形成PIN结构的单结硅薄膜太阳电池，如图2所示。
当上述太阳能电池半成品为多结硅薄膜太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构也可以包括依次层叠的衬底10和金属电极20，此时形成的一种NIP结构叠层的多结硅薄膜太阳电池包括依次层叠的衬底10、金属电极20、N型掺杂硅薄膜310、本征硅层40、P型硅层50、N型掺杂硅薄膜310、本征硅层40、P型硅层50和透明导电电极60，如图3所示，即各NIP结构中的N型层均为采用本申请上述制备方法形成的N型掺杂硅薄膜310；上述太阳能电池半成品的结构还可以包括衬底10、透明导电电极60、P型硅层50和本征硅层40，此时形成的一种PIN结构叠层的多结硅薄膜太阳电池包括衬底10、透明导电电极60、P型硅层50、本征硅层40、N型掺杂硅薄膜310、P型硅层50、本征硅层40、N型掺杂硅薄膜310和金属电极20，如图4所示，即各PIN结构中的N型层均为采用本申请上述制备方法形成的N型掺杂硅薄膜310。
当上述太阳能电池半成品为多结硅薄膜太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构还可以包括依次层叠的衬底、金属电极、N型硅层、本征硅层和P型硅层，此时形成的N型掺杂硅薄膜位于P型硅层的远离衬底的一侧表面上，可以再通过依次形成本征硅层、P型硅层和透明导电电极，以形成NIP结构叠层的多结硅薄膜太阳电池；太阳能电池半成品的结构也可以包括依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层、本征硅层、N型硅层、P型硅层和本征硅层，此时形成的N型掺杂硅薄膜位于本征硅层的远离衬底的一侧表面上，可以再通过形成金属电极，以形成PIN结构叠层的多结硅薄膜太阳电池。其中，上述各太阳能电池半成品中的N型硅层采用现有技术中常规的制备工艺形成。
当太阳能电池半成品为单晶硅异质结太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构可以包括层叠的P型单晶硅层510和本征硅层40，在一种优选的实施方式中，利用上述太阳能电池半成品形成如图5所示的单晶硅异质结太阳能电池，包括依次层叠的电极栅线210、透明导电电极60、P型单晶硅层510、本征硅层40、P型单晶硅层510、本征硅层40、N型掺杂硅薄膜310、透明导电电极60和电极栅线210；太阳能电池半成品的结构还可以包括层叠的N型单晶硅层310和本征硅层40，在一种优选的实施方式中，利用上述太阳能电池半成品形成如图6所示的单晶硅异质结太阳能电池，包括依次层叠的电极栅线210、透明导电电极60、P型单晶硅层510、本征硅层40、N型单晶硅层310、本征硅层40、N型掺杂硅薄膜30、透明导电电极60和电极栅线210。其中，上述各太阳能电池半成品中的N型硅层30采用现有技术中常规的制备工艺形成。
下面将更详细地描述根据本发明提供N型掺杂硅薄膜的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，利用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体。上述反应气体中的硅源气体可以为SiH4和/或Si2H6，掺杂气体可以为PH3和/或AsH3，但并不限于上述种类，本领域技术人员可以根据现有技术选择所需的硅源气体和掺杂气体。
由于上述反应气体中氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，从而使反应气体中的氢气具有较大的比例，进而有利于形成较大晶粒尺寸的N型掺杂硅薄膜。优选地，反应气体中掺杂气体和硅源气体的流量比为1:10～1:60。将掺杂气体和硅源气体的流量比设定在上述优选的范围内，能够保证薄膜有适当的掺杂浓度，上述流量比过大会导致薄膜的掺杂浓度增大且缺陷态增多，上述流量比太小则会导致激活能增大，电导率减小。并且，优选地，等离子体增强化学气相沉积工艺采用的电源频率为13.56～90MHz，更优选为13.56MHz。13.56MHz相对于高频率电源更易实现薄膜的均匀沉积。
在一种优选的实施方式中，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前，该制备方法还包括对太阳能电池半成品进行表面处理的过程，该过程包括：对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10-5Pa；向反应室内通入氢气，利用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)对太阳能电池半成品进行表面处理。上述表面处理的作用在于使氢气在反应室内起辉，从而利用氢等离子体清洁太阳能电池半成品的生长界面；若生长界面为其它组分和结构的硅薄膜，在上述表面处理中还能够利用氢等离子体对生长界面处硅薄膜中的硅硅弱键进行刻蚀，利于硅晶核的形成，进而利于在N型薄膜沉积时在较短的时间和较薄的厚度下形成晶粒。
在上述表面处理的步骤中，优选地，反应室的反应气压为450Pa～700Pa，电源频率为13.56～90MHz。更为优选地，上述表面处理的时间优选为5～15s。将表面处理的工艺条件设定在上述优选的参数范围内能够更有利于氢气的起辉，从而增加了对太阳能电池半成品的生长界面的清洁效果。并且，上述等离子体增强化学气相沉积工艺采用的电源频率可以为13.56～90MHz，优选为13.56MHz。13.56MHz相对于高频率电源更易实现薄膜的均匀沉积。
在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对太阳能电池半成品进行表面处理之后，该制备方法还可以包括：停止向反应室通入氢气；对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10-1Pa。通过停止通入氢气并将反应室中的真空度抽至上述优选的参数范围内能够保证反应室内具有较少的氢气，由于氢气较多会影响在沉积反应气体的工艺中形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸，从而有效地降低了氢气过多对N型掺杂硅薄膜沉积工艺的影响。
在一种优选的实施方式中，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之后，该制备方法还包括：依次停止通入掺杂气体、硅源气体和氢气。按照上述的顺序依次停止反应气体的通入能够提高离子体增强化学气相沉积工艺的安全性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜，该N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。由于上述N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，从而受到量子尺寸效应的影响，纳米颗粒将产生不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，进而使N型掺杂硅薄膜的能带带隙实现大于1.9eV的宽带隙，形成了纳米硅薄膜，纳米硅薄膜相对于非晶硅薄膜的掺杂效率更高，从而能够获得小于0.1eV的更低的激活能，由此可见，通过提高N型掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率能够提高太阳能电池的内建电场，减小串联电阻，最终提高了太阳能电池的转换效率。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括太阳能电池半成品以及设置于太阳能电池半成品上的N型硅层，且上述N型硅层为利用上述制备方法制备得到的N型掺杂硅薄膜。由于上述制备得到的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，从而受到量子尺寸效应的影响，纳米颗粒将产生不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，从而使N型掺杂硅薄膜的能带带隙实现大于1.9eV的宽带隙，形成了纳米硅薄膜，纳米硅薄膜相对于非晶硅薄膜的掺杂效率更高，能够获得小于0.1eV的更低的激活能，由此可见，采用上述N型掺杂硅薄膜作为太阳能电池的N型硅层，能够通过提高N型掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率提高太阳能电池的内建电场，减小串联电阻，提高了太阳能电池的转换效率。
下面将结合实施例和对比例进一步说明本申请提供的N型掺杂硅薄膜的制备方法和太阳能电池。
实施例1
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度为10-5Pa；
利用PECVD工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体SiH4、氢气和掺杂气体PH3，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:5，实施PECVD工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm2，反应气压为500Pa，电源频率为13.56MHz。
实施例2
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度为10-5Pa；
利用PECVD工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体Si2H6、氢气和掺杂气体AsH3，其中，氢气与硅源气体流量比为150:1，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:10，实施PECVD工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为70℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为1.5W/cm2，反应气压为750Pa，电源频率为13.56MHz。
实施例3
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度为10-5Pa；
利用PECVD工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体SiH4、氢气和掺杂气体PH3，其中，氢气与硅源气体流量比为100:1，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:60，实施PECVD工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为60℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为1.2W/cm2，反应气压为600Pa，电源频率为13.56MHz。
实施例4
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度为10-5Pa；
向反应室内通入氢气，利用PECVD工艺对太阳能电池半成品进行表面处理，PECVD工艺的反应气压为450Pa，电源频率为13.56MHz，辉光功率密度为0.8W/cm2，表面处理的时间为5s；
利用PECVD工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体Si2H6、氢气和掺杂气体AsH3，其中，氢气与硅源气体流量比为100:1，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:30，实施PECVD工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为60℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为1.2W/cm2，反应气压为600Pa，电源频率为13.56MHz。
实施例5
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法与实施例4的区别在于：
在利用PECVD工艺对太阳能电池半成品进行表面处理中，PECVD工艺的反应气压为700Pa，辉光功率密度为1.5W/cm2，表面处理的时间为15s。
实施例6
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法与实施例4的区别在于：
在利用PECVD工艺对太阳能电池半成品进行表面处理中，PECVD工艺的反应气压为600Pa，辉光功率密度为1.2W/cm2，表面处理的时间为10s。
实施例7
本实施例的N型掺杂硅薄膜的制备方法与实施例6的区别在于：
在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对太阳能电池半成品进行表面处理之后，停止向反应室通入氢气，然后对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度为10-1Pa。
对比例1
本对比例的N型掺杂硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
利用PECVD工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体SiH4、氢气和掺杂气体PH3，其中，氢气与硅源气体流量比为10:1，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:2，实施PECVD工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为250℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.2W/cm2，反应气压为200Pa，电源频率为13.56MHz。
利用电子显微镜(SEM)对实施例1中的N型掺杂硅薄膜进行观察，并得到N型掺杂硅薄膜的微观显示图，如图7所示，从图中可以看出，N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm。此外，本申请发明人还对实施例2至7的N型掺杂硅薄膜进行观察，各实施例的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸均小于5nm。
实施例8
本实施例的太阳能电池如图1所示，包括由下至上依次层叠的不锈钢箔衬底、300nm的材料为Ag的金属电极、30nm的N型掺杂硅薄膜、300nm的非晶硅本征层、30nm的硼掺杂非晶硅P型层和150nm的材料为AZO的透明导电电极，且上述N型掺杂硅薄膜采用实施例1中制备方法的制备而成。
实施例9
本实施例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例2中制备方法的制备而成。
实施例10
本实施例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例3中制备方法的制备而成。
实施例11
本实施例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例4中制备方法的制备而成。
实施例12
本实施例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例5中制备方法的制备而成。
实施例13
本实施例的太阳能电池与实施8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例6中制备方法的制备而成。
实施例14
本实施例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用实施例7中制备方法的制备而成。
对比例2
本对比例的太阳能电池与实施例8的区别在于：N型掺杂硅薄膜采用对比例1中制备方法的制备而成。
采用Agilent B1500A半导体器件参数分析仪对上述各实施例与对比例中制作的太阳能电池的IV特性进行测试，测试结果如下所示。
从上述测试结果可以看出，采用本申请制备方法形成的N型掺杂硅薄膜能够使太阳能电池具有更高的开路电压和填充因子，从而提高了太阳能电池的发光效率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、增强了氢等离子体对非晶硅薄膜中硅硅弱键的刻蚀强度，进而不仅使形成的N型掺杂硅薄膜中晶粒尺寸小于5nm，而且降低了生产工艺中的能耗以及高温对硅片的热损伤；
2、使N型掺杂硅薄膜的能带带隙变宽(大于1.9eV)，形成了纳米硅薄膜，相对于非晶硅薄膜，纳米硅薄膜的掺杂效率更高，从而能够获得更低的激活能(小于0.1eV)；
3、通过提高N型掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率提高了太阳能电池的内建电场，减小了串联电阻，最终提高了太阳能电池的发光效率；
4、本发明的制备的N型掺杂硅薄膜使用范围广，可用于单结硅薄膜太阳能电池、多结硅薄膜太阳能电池和单晶硅异质结太阳电池中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种N型掺杂硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，实施所述等离子体增强化学气相沉积工艺时，所述太阳能电池半成品的表面温度为50～70℃、所述等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2，反应气压为500Pa～750Pa；
形成的所述N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂气体和所述硅源气体的流量比为1:10～1:60。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在实施所述等离子体增强化学气相沉积工艺之前，所述制备方法还包括对所述太阳能电池半成品进行表面处理的过程，所述过程包括：
对所述反应室进行抽真空处理，以使所述反应室的真空度大于等于10-5Pa；
向所述反应室内通入氢气，利用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述太阳能电池半成品进行表面处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，进行所述表面处理的步骤中，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气压为450Pa～700Pa，辉光功率密度为0.8W/cm2～1.5W/cm2。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，进行所述表面处理的步骤中，所述表面处理的时间为5～15s。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在实施所述等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对所述太阳能电池半成品进行表面处理之后，所述制备方法还包括：
停止向所述反应室通入所述氢气；
对所述反应室进行抽真空处理，以使所述反应室的真空度大于等于10-1Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在实施所述等离子体增强化学气相沉积工艺之后，所述制备方法还包括：
依次停止通入所述掺杂气体、所述硅源气体和所述氢气。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硅源气体为SiH4和/或Si2H6，所述掺杂气体为PH3和/或AsH3。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品、多结硅薄膜太阳能电池半成品和/或单晶硅异质结太阳能电池半成品。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品或多结硅薄膜太阳能电池半成品时，所述太阳能电池半成品的结构包括依次层叠的衬底和金属电极，依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层和本征硅层，依次层叠的衬底、金属电极、N型硅层、本征硅层和P型硅层，或依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层、本征硅层、N型硅层、P型硅层和本征硅层，且所述N型掺杂硅薄膜形成于所述太阳能电池半成品的远离所述衬底的一侧表面上。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池半成品为单晶硅异质结太阳能电池半成品时，所述太阳能电池半成品的结构包括层叠的P型单晶硅层和本征硅层，和/或层叠的N型单晶硅层和本征硅层，且所述N型掺杂硅薄膜形成于至少一层所述本征硅层的表面上。
12.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池半成品以及设置于所述太阳能电池半成品上的N型硅层，其特征在于，所述N型硅层为权利要求1至11中任一项所述的制备方法制备得到的N型掺杂硅薄膜。
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