CN105720118B - 硅薄膜太阳能电池 - Google Patents
硅薄膜太阳能电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105720118B CN105720118B CN201610084053.5A CN201610084053A CN105720118B CN 105720118 B CN105720118 B CN 105720118B CN 201610084053 A CN201610084053 A CN 201610084053A CN 105720118 B CN105720118 B CN 105720118B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- film solar
- silicon film
- solar batteries
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 112
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 112
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 8
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 claims description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 5
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 silicon oxide compound Chemical class 0.000 claims description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 64
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 16
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 10
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本申请提供了一种硅薄膜太阳能电池。该硅薄膜太阳能电池包括衬底、至少一个半导体层、透明导电层与金属层，各半导体层包括依次设置的至少一个N型层、至少一个I型层与至少一个P型层。其中，N型层中的至少一个为宽带隙N型层，形成宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成I型层的材料的能带宽度。该硅薄膜太阳能电池使用宽带隙N型层可以提高开压，提高填充因子，进而提高硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种硅薄膜太阳能电池。
背景技术
硅薄膜太阳能电池具有原材料消耗少，能耗低，制备工艺简单，可使用廉价的玻璃、不锈钢、塑料等衬底的特点，是光伏发电市场的重要组成部分。
硅薄膜太阳能电池的主体结构(也称半导体层)包括P型掺杂层(P型层)、本征层(I型层)和N型掺杂层(N型层)。现有技术中，N型层、I型层与P型层均选择相同的材料，根据选用材料的不同又可分为非晶硅太阳电池和微晶硅太阳电池，非晶硅太阳电池中的P型层、I型层、N型层均为非晶硅材料，微晶硅太阳电池的P型层、I型层、N型层均选用微晶硅材料。
硅薄膜太阳能电池中，由于N型层、I型层与P型层均选择相同的材料，而形成同质结，如图1所示，同质结的I型层与N型层的界面处能带平滑过渡，少子(空穴)有向N型层扩散的可能，这会导致反向扩散电流的增加，进而减小电池开路电压。
专利CN200510013862.9提出了一种使用宽带隙纳米硅作为硅薄膜太阳能电池P型层的技术方案，目的是提高P型层的光透过率。该方案无法解决空穴向N型层扩散的问题，同时P型层与I型层界面处的异质结会阻碍光生空穴向P型层输运，减小了电池的开路电压。
专利CN201110155023.6提出了一种晶体硅异质结太阳电池，使用非晶硅薄膜钝化硅片表面缺陷，提高太阳电池开路电压和效率。
但是，上述这些专利均不能解决由空穴反向扩散导致的电池开路电压减小的问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种硅薄膜太阳能电池，以解决现有技术中的由于空穴反向扩散导致的电池开路电压减小的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种硅薄膜太阳能电池，该硅薄膜太阳能电池包括衬底、至少一个半导体层、透明导电层与金属层，各上述半导体层包括依次设置的至少一个N型层、至少一个I型层与至少一个P型层，其中，上述N型层中的至少一个为宽带隙N型层，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成上述I型层的材料的能带宽度。
进一步地，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于1.9eV，优选形成上述宽带隙N型层的材料的激活能小于0.1eV。
进一步地，上述宽带隙N型层为N型氢化纳米硅层、N型氢化非晶碳化硅层或N型氢化微晶硅氧化合物层。
进一步地，至少一个上述半导体层还包括N+型层，上述N+型层设置在上述N型层的远离上述I型层的表面上，上述N+型层为宽带隙N+型层，形成上述宽带隙N+型层的材料的能带宽度大于形成上述I型层的材料的能带宽度。
进一步地，上述硅薄膜太阳能电池为NIP型硅薄膜太阳能电池或PIN型硅薄膜太阳能电池。
进一步地，当上述硅薄膜太阳能电池为上述NIP型硅薄膜太阳能电池时，上述NIP型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的上述衬底、上述金属层、第一透明导电层、上述半导体层与第二透明导电层，优选上述衬底为不锈钢箔衬底、聚酰亚胺塑料衬底或玻璃衬底。
进一步地，当上述硅薄膜太阳能电池为上述PIN型硅薄膜太阳能电池，当上述硅薄膜太阳能电池为上述PIN型硅薄膜太阳能电池，上述PIN型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的上述衬底、上述透明导电层、上述半导体层与上述金属层，优选上述衬底为导电玻璃衬底。
进一步地，上述透明导电层为掺铝ZnO层、掺硼ZnO层或氧化铟锡层。
进一步地，上述I型层为非晶硅层或微晶硅层，上述P型层为非晶硅层或微晶硅层。
进一步地，上述金属层为Ag层或Al层。
应用本申请的技术方案，硅薄膜太阳能电池的一个半导体层中，形成N型层的材料的能带宽度大于形成I型层的材料的能带宽度，使得N型层与I型层形成异质结，N型层与I型层交界处的价带顶向下弯曲，形成了一个空穴势垒，从而阻止了光生空穴向N型层的扩散，即减少了反向的扩散电流，反向扩散电流越小，到达P型区的光生空穴越多，填充因子增大，光生载流子的收集效率也增大；并且反向扩散电流越小，电池的开路电压越大。由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压正相关，因此，宽带隙N型层能够提高硅薄膜太阳能电池的转换率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中硅薄膜太阳能电池的能带结构示意图；
图2示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的一种硅薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3示出了图2所示的硅薄膜太阳能电池的能带结构示意图；
图4出了根据本申请的一种实施例提供的NIP型硅薄膜太阳能电池的结构示意图；以及
图5出了根据本申请的一种实施例提供的PIN型硅薄膜太阳能电池的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、衬底；20、半导体层；21、N+型层；22、N型层；23、I型层；24、P型层；25、P+型层；30、透明导电层；31、第一透明导电层；32、第二透明导电层；40、金属层；100、光生空穴。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的硅薄膜太阳能电池中，由于I型层23与N型层22均选用相同的材料，导致电池的开路电压减小的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种硅薄膜太阳能电池。
本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了一种硅薄膜太阳能电池，包括衬底10、至少一个半导体层20、透明导电层30与金属层40，对于不同类型的硅薄膜太阳能电池，衬底10、半导体层20、透明导电层30与金属层40的位置关系不同，各上述半导体层20包括依次设置的至少一个N型层22、至少一个I型层23与至少一个P型层24。其中，上述N型层22中的至少一个为宽带隙N型层，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成上述I型层23的材料的能带宽度。
上述的硅薄膜太阳能电池的一个半导体层20中，形成N型层22的材料的能带宽度大于形成上述I型层23的材料的能带宽度，使得N型层22与I型层23形成异质结，如图3所示，N型层22与I型层23交界处的价带顶向下弯曲，形成了一个空穴势垒，从而阻止了光生空穴100向N型层22的扩散，即减少了反向的扩散电流，反向扩散电流越小，到达P型层24的光生空穴越多，填充因子增大，进而光生载流子的收集效率也增大；并且反向扩散电流越小，电池的开路电压越大。由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压正相关，因此，宽带隙N型层能够提高硅薄膜太阳能电池的转换率。
综上所述，使用宽带隙N型层22可以提高开压，提高填充因子，进而提高硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。
上述的宽带隙N型层的厚度可以与现有技术中的N型层22的厚度相同，在20～40nm之间，这样的范围，更有利于内建电场的形成，同时，也能进一步保证短路电流与填充因子较大，保证硅薄膜太阳能电池具有较大的转换率。
本申请的另一种优选的实施例中，上述形成宽带隙N型层的材料的能带宽度大于1.9eV。这样能够进一步保证N型层22与I型层23形成异质结，进一步阻止了光生空穴向N型层22扩散。
优选地，形成上述宽带隙N型层的材料的激活能小于0.1eV，激活能越小，硅薄膜太阳能电池内建势明显增加，电池内建势增加有助于开路电压的提高；并且，由于内建势增加，载流子的收集效率增加，填充因子也会增加，由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压成正比，因此，将激活能控制为小于0.1eV，能够提高硅薄膜太阳能电池的转换率。
为了保证宽带隙N型层22与I型层23形成较好的异质结，同时，保证宽带隙N型层具有较好的导电性能，本申请优选宽带隙N型层为N型氢化纳米硅层、N型氢化非晶碳化硅层或N型氢化微晶硅氧化合物层。
本申请的另一种实施例中，如图4与图5所示，至少一个上述半导体层20还包括N+型层21，上述N+型层21设置在上述N型层22的远离上述I型层23的表面上，上述N+型层21为宽带隙N+型层，形成上述宽带隙N+型层的材料的能带宽度大于形成上述I型层23的材料的能带宽度。该宽带隙N+型层可以与宽带隙的N型层22在同一个半导体层20中，也可以在不同的半导体层20中，该宽带隙N+型层的作用与宽带隙N型层的作用是相同的，都是阻止光生空穴向N型层22中扩散。
本申请的又一种实施例中，上述硅薄膜太阳能电池为NIP型硅薄膜太阳能电池或PIN型硅薄膜太阳能电池。
再一种实施例中，如图4所示，上述硅薄膜太阳能电池为上述NIP型硅薄膜太阳能电池，上述NIP型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的衬底10、金属层40、第一透明导电层31、半导体层20与第二透明导电层32。
另一种实施例中，上述NIP型硅薄膜太阳能电池中不包括第一透明导电层31，只包括第二透明导电层32。
NIP型硅薄膜太阳能电池的半导体层20可以是依次层叠的N型层22、I型层23与P型层24，其中，N型层22与金属层40接触设置。半导体层20还可以是依次层叠的N+型层21、N型层22、I型层23与P型层24，其中，N型层22与金属层40接触设置。半导体层是依次层叠的N型层22、I型层23、P型层24、N型层22、I型层23、P型层24…，其中，N型层22与金属层40接触设置。半导体层20并不限于本申请上述列举的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的半导体层20的结构，但无论选择何种半导体结构，都不影响N型层22与I型层23形成的异质结阻止光生空穴向N型层22的扩散。
NIP型硅薄膜太阳能电池的制备方法可以采用现有技术中的常规制备方法。
NIP型硅薄膜太阳能电池的衬底一般为不锈钢箔、聚酰亚胺塑料等衬底。其制作步骤为：1)、使用磁控溅射沉积金属层，或者还沉积透明导电层；2)使用等离子体增强化学气象沉积(PECVD)设备沉积N+型层和/或N型层，N+型层与N型层中至少有一层为宽带隙层；3)使用PECVD设备沉积I型层。4)使用PECVD沉积P+型层和/或P型层；5)使用磁控溅射沉积透明导电层作为前电极。
一种具体的NIP型硅薄膜太阳能电池中，如图4所示，金属层40为Ag层，第一透明导电层31为掺铝ZnO(AZO)层，第二透明导电层32为氧化铟锡(ITO)层，半导体层20为依次叠置的N+型层21、N型层22、I型层23、P型层24与P+型层25，其中，N+型层21为宽带隙N+型层，N型层22为宽带隙N型层。其制备过程为：
1)将清洗干净的不锈钢箔衬底放入磁控溅射系统，先后在其上沉积Ag和AZO层，形成金属层40与第一透明导电层31。Ag层的沉积条件为：压力在0.2～1Pa，功率在100～150W之间，衬底10的温度室温，沉积时间在5～15分钟。AZO层的沉积条件为：压力在0.2～1Pa之间，功率在100～300W之间，衬底10的温度在100～350摄氏度之间，沉积时间在10～40分钟之间。
2)将1)形成的样品放入PECVD系统。首先，沉积N+型层21，该N+型层21为宽带隙N+型层。沉积前，先用氢等离子体清洁衬底10表面1～5分钟；沉积N+型层21时，氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为80:1～150:1；掺杂比例(PH3/SiH4)1:10～1:60；反应气压为500～7Pa；功率密度为0.8W/cm2～1W/cm2；衬底10温度为50℃～450℃；反应时间为1分钟。N+型层厚度5～10nm。
其次，沉积N型层22，该N型层22为宽带隙N型层。氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为80:1～150:1；掺杂比例(PH3/SiH4)为1:10～1:60；反应气压为500Pa～750Pa；功率密度为0.8W/cm2～1W/cm2；衬底10温度为50℃～450℃；反应时间5～10分钟，生长的N型层22厚度为20～25nm。
3)使用PECVD沉积非晶硅本征层(即I型层23)，氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)从20到3随沉积时间的增加依次降低；反应气压在100～250Pa之间；功率密度为0.03～0.06W/cm2之间；衬底10温度为100～200℃；反应总时间40～80min，I型层23为250～600nm。
4)首先，使用PECVD沉积P型层24。氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为100:1，反应气压为300～550Pa；功率密度为0.5～1W/cm2；衬底10温度为～200℃；反应总时间为2～5分钟，厚度为10～20nm，掺杂杂质为硼，掺杂比例为现有技术中常规的比例。
然后，沉积P+型层25，氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)约100:1，掺杂杂质为硼，掺杂比例为现有技术中常规的比例，反应气压为300～550Pa；功率密度为0.5～1W/cm2；衬底10温度为50～200℃；反应总时间为5～20秒，厚度为1～3nm。
5)将4)形成的样品再次放入磁控溅射系统沉积ITO薄膜，压力0.2～1Pa，功率100～150W，衬底10温度100摄氏度，沉积时间为5～10分钟。
为了满足不同的需求，本申请优选上述衬底10为不锈钢箔衬底、聚酰亚胺塑料衬底或玻璃衬底。本领域技术人员可以根据实际的需要选择合适的衬底10材料，例如，要制备柔性硅薄膜太阳能电池可选择不锈钢箔或聚酰亚胺塑料衬底，若制备刚性硅薄膜太阳能电池则选择玻璃衬底。
又一种实施例中，硅薄膜太阳能电池可以是PIN型硅薄膜太阳能电池，上述PIN型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的衬底10、透明导电层30、半导体层20与金属层40。其中，透明导电层与衬底10可以是同一层，例如衬底10为透明导电玻璃的情况，这种情况时，硅薄膜太阳能电池还包括透明导电层30，该透明导电层30设置在金属层40与半导体层20之间。也就是说，如图5所示，PIN型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的透明导电衬底、半导体层20、透明导电层30与金属层40。
另外，PIN型硅薄膜太阳能电池的半导体层20可以是依次层叠的P型层24、I型层23与N型层22，其中，P型层24与透明导电层30接触设置。半导体层20还可以是依次层叠的P+型层25、P型层24、I型层23与N型层22，其中，P型层24与透明导电层30接触设置。半导体层是依次层叠的P型层24、I型层23、N型层22、P型层24、I型层23、N型层22…，其中，P型层24与透明导电层30接触设置。半导体层20可以是依次层叠的P+型层25、P型层24、I型层23、N型层22与N+型层21，其中，P型层24与透明导电层30接触设置。
半导体层20并不限于本申请上述列举的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的半导体层20的结构，但无论选择何种半导体结构，都不影响N型层22与I型层23形成的异质结阻止光生空穴100向N型层22的扩散。
PIN型硅薄膜太阳能电池的制备方法可以采用现有技术中的常规制备方法。PIN型硅薄膜太阳能电池的衬底一般为导电玻璃。其制作步骤为：1)使用PECVD沉积P+型层和/或P型层。2)使用PECVD设备沉积I型层。3)PECVD设备沉积N型层和/或N+型层，其中，N型层和N+型层中至少有一层为宽带隙层。4)使用磁控溅射沉积金属层，或者在沉积金属层之前，还沉积一层透明导电层。
一种具体的PIN型硅薄膜太阳能电池中，如图5所示，衬底10为透明导电玻璃，实际上，该层也能起到透明导电层的作用，透明导电层30为掺铝ZnO(AZO)层，金属层40为Ag层，半导体层20为依次叠置的P+型层25、P型层24、I型层23、N型层22与N+型层21，其中，N+型层21为宽带隙N+型层，N型层22为宽带隙N型层。其制备过程为：
1)将清洗干净的透明导电玻璃放入PECVD系统。首先，沉积P+型层25，氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为100:1，掺杂比例为现有技术中常规的比例，掺杂杂质为硼，反应气压为300～550Pa；功率密度为0.5～1W/cm2；衬底10温度为50℃～200℃；反应总时间为5～20秒，厚度为1～3nm。
然后，沉积P型层24。氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为100:1，掺杂比例为现有技术中常规的比例，掺杂杂质为硼，反应气压为300～550Pa；功率密度为0.5～1W/cm2；衬底10温度为50～200℃；反应总时间为2～5分钟，厚度为10～20nm。
2)使用PECVD沉积非晶硅本征层(即I型层23)，氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)从20到3随沉积时间的增加依次降低；反应气压为100～250Pa；功率密度为0.03～0.06W/cm2；衬底10温度为100～200℃；反应总时间为40～80min，I型层23厚度为250～600nm。
3)首先，使用PECVD沉积N型层22，该N型层22为宽带隙N型层。氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为80:1～150:1；掺杂比例(PH3/SiH4)为1:10～1:60；反应气压为500～750Pa；功率密度为0.8～1W/cm2；衬底10温度为50～450℃；反应时间5～10分钟，生长的N型层22厚度为20～25nm。
然后，沉积N+型层21，该N+型层21为宽带隙N+型层。氢气/硅烷流量比(H2/SiH4)为80:1～150:1；掺杂比例(PH3/SiH4)为1:10～1:60；反应气压为500～7Pa；功率密度为0.8～1W/cm2；衬底10温度为50～450℃；反应时间为1分钟。生长的N+型层21的厚度为5～10nm。
4)取出3)形成的样品，将其放入磁控溅射系统先后沉积AZO层和Ag层。AZO层的沉积条件为：压力为0.2～1Pa，功率为100-300W，衬底10温度为100～350摄氏度，沉积时间为10～40分钟。Ag层的沉积条件为：压力为0.2～1Pa，功率100～150W，衬底10温度为室温，沉积时间为5～15分钟。
为了简化硅薄膜太阳能电池的结构，优选上述衬底10为导电玻璃衬底，该层的作用既起到衬底10的作用又起到透明导电层30的作用。
本申请的再一种实施例中，上述透明导电层30为掺铝ZnO(AZO)层、掺硼ZnO(BZO)层或氧化铟锡(ITO)层。本领域技术人员可以根据实际情况，例如对导电性能的要求、透过率的要求与后处理的难易程度，来选择合适的透明导电层30的材料。
另一种实施例中，上述I型层23为非晶硅层或微晶硅层，上述P型层24为非晶硅层或微晶硅层。
为了提高金属层40的导电性同时降低金属电层的成本，上述金属层40为Ag层或Al层。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合实施例与对比例对本申请的技术方案进行说明。
实施例
该实施例的硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次层叠的不锈钢箔衬底、300nm的材料为Ag层、30nm的N型层、300nm的I型层、30nm的硼掺杂P型层和150nm的AZO的透明导电层。N型层的带隙宽度为1.9eV，I型层的带隙宽度为1.8eV，其它膜层的制备方法采用现有的常规方法，例如说明书其它部分提到的方法。
其中，N型层的制备过程为：
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Ag层上沉积形成N型层，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，Ag层的表面温度为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。
对比例
该实施例的硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次层叠的不锈钢箔衬底、300nm的材料为Ag层、30nm的N型层、300nm的I型层、30nm的硼掺杂P型层和150nm的AZO的透明导电层。N型层的带隙宽度为1.8eV，I型层的带隙宽度为1.8eV，其它膜层的制备方法采用现有的常规方法，例如说明书其它部分提到的方法。
其中，N型层的制备过程为：
利用PECVD工艺在位于反应室的Ag层上沉积形成N型层，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，Ag层的表面温度为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。
采用Agilent B1500A半导体器件参数分析仪对上述实施例与对比例中的硅薄膜太阳能电池的IV特性进行测试，测试结果如表1所示。
表1
| 实施例 | 对比例 | |
| 开路电压(V) | 0.901 | 0.870 |
| 填充因子 | 0.64 | 0.62 |
由表1可知，当N型层为宽带隙N型层时，器件的开路电压较大，填充因子较大，进而使得硅薄膜太阳能电池的光电转化率较高。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的硅薄膜太阳能电池的一个半导体层中，形成N型层的材料的能带宽度大于形成I型层的材料的能带宽度，使得N型层与I型层形成异质结，N型层与I型层交界处的价带顶向下弯曲，形成了一个空穴势垒，从而阻止了光生空穴向N型层的扩散，即减少了反向的扩散电流，反向扩散电流越小，到达P型区的光生空穴越多，填充因子越大，光生载流子的收集效率也增大；并且反向扩散电流越小，电池的开路电压越大。由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压正相关，因此，宽带隙N型层能够提高硅薄膜太阳能电池的转换率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种硅薄膜太阳能电池，包括衬底(10)、至少一个半导体层(20)、透明导电层(30)与金属层(40)，各所述半导体层(20)包括依次设置的至少一个N型层(22)、至少一个I型层(23)与至少一个P型层(24)，其特征在于，
所述N型层(22)中的至少一个为宽带隙N型层，形成所述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成所述I型层(23)的材料的能带宽度，形成所述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于1.9eV，形成所述宽带隙N型层的材料的激活能小于0.1eV。
2.根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述宽带隙N型层为N型氢化纳米硅层、N型氢化非晶碳化硅层或N型氢化微晶硅氧化合物层。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，至少一个所述半导体层(20)还包括N+型层(21)，所述N+型层(21)设置在所述N型层(22)的远离所述I型层(23)的表面上，所述N+型层(21)为宽带隙N+型层，形成所述宽带隙N+型层的材料的能带宽度大于形成所述I型层(23)的材料的能带宽度。
4.根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述硅薄膜太阳能电池为NIP型硅薄膜太阳能电池或PIN型硅薄膜太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，当所述硅薄膜太阳能电池为所述NIP型硅薄膜太阳能电池时，所述NIP型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的所述衬底(10)、所述金属层(40)、第一透明导电层(31)所述半导体层(20)与第二透明导电层(32)。
6.根据权利要求5所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底(10)为不锈钢箔衬底、聚酰亚胺塑料衬底或玻璃衬底。
7.根据权利要求4所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，当所述硅薄膜太阳能电池为所述PIN型硅薄膜太阳能电池，所述PIN型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的所述衬底(10)、所述透明导电层(30)、所述半导体层(20)与所述金属层(40)。
8.根据权利要求7所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底(10)为导电玻璃衬底。
9.根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层(30)为掺铝ZnO层、掺硼ZnO层或氧化铟锡层。
10.根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述I型层(23)为非晶硅层或微晶硅层，所述P型层(24)为非晶硅层或微晶硅层。
11.根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属层(40)为Ag层或Al层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610084053.5A CN105720118B (zh) | 2016-02-06 | 2016-02-06 | 硅薄膜太阳能电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610084053.5A CN105720118B (zh) | 2016-02-06 | 2016-02-06 | 硅薄膜太阳能电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105720118A CN105720118A (zh) | 2016-06-29 |
| CN105720118B true CN105720118B (zh) | 2017-10-27 |
Family
ID=56156597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610084053.5A Active CN105720118B (zh) | 2016-02-06 | 2016-02-06 | 硅薄膜太阳能电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105720118B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108922938B (zh) * | 2018-09-06 | 2024-03-15 | 福建钜能电力有限公司 | 一种背接触异质结太阳能电池及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201364905Y (zh) * | 2008-11-06 | 2009-12-16 | 李涛勇 | 一种具有异质结结构的背引出硅太阳电池 |
| CN102074593A (zh) * | 2009-09-04 | 2011-05-25 | Lg电子株式会社 | 太阳能电池 |
| CN103606584A (zh) * | 2011-11-02 | 2014-02-26 | 常州合特光电有限公司 | 一种由非晶硅/晶体硅/β-FeSi2组成的异质结太阳电池 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001007381A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-01-12 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 光電変換膜とその作製方法 |
| US7968792B2 (en) * | 2007-03-05 | 2011-06-28 | Seagate Technology Llc | Quantum dot sensitized wide bandgap semiconductor photovoltaic devices & methods of fabricating same |
| CN203277465U (zh) * | 2013-04-11 | 2013-11-06 | 于化丛 | 一种渐变带隙纳米硅薄膜太阳能电池 |
| CN203553195U (zh) * | 2013-04-11 | 2014-04-16 | 于化丛 | 渐变带隙纳米硅薄膜 |
| CN103227229B (zh) * | 2013-04-11 | 2017-02-08 | 于化丛 | 渐变带隙纳米硅薄膜及渐变带隙纳米硅薄膜太阳能电池 |
-
2016
- 2016-02-06 CN CN201610084053.5A patent/CN105720118B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201364905Y (zh) * | 2008-11-06 | 2009-12-16 | 李涛勇 | 一种具有异质结结构的背引出硅太阳电池 |
| CN102074593A (zh) * | 2009-09-04 | 2011-05-25 | Lg电子株式会社 | 太阳能电池 |
| CN103606584A (zh) * | 2011-11-02 | 2014-02-26 | 常州合特光电有限公司 | 一种由非晶硅/晶体硅/β-FeSi2组成的异质结太阳电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105720118A (zh) | 2016-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102569442B (zh) | 薄膜太阳能电池及其制作方法 | |
| EP2095429B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| US20110259395A1 (en) | Single Junction CIGS/CIS Solar Module | |
| CN106601855A (zh) | 一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法 | |
| CN104538464B (zh) | 一种硅异质结太阳能电池及其制作方法 | |
| CN108321239A (zh) | 一种太阳能异质结电池及其制备方法 | |
| CN104733557B (zh) | Hit太阳能电池及提高hit电池的短路电流密度的方法 | |
| CN109638094A (zh) | 高效异质结电池本征非晶硅钝化层结构及其制备方法 | |
| CN106098835A (zh) | 异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103199143B (zh) | N型掺氢晶化硅钝化的异质结太阳能电池器件 | |
| CN207529942U (zh) | 一种太阳能异质结电池 | |
| CN201780976U (zh) | 一种CdTe太阳能电池 | |
| CN109075218A (zh) | 一种太阳能异质结电池及其制备方法 | |
| CN102341919B (zh) | 太阳能电池 | |
| CN112490315A (zh) | 碲化镉太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111554763A (zh) | 一种高开压高效钙钛矿/晶硅叠层电池 | |
| CN104916785A (zh) | 一种CH3NH3PbI3薄膜太阳能电池制备方法 | |
| CN109638101A (zh) | 双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构及其制备方法 | |
| CN110085683A (zh) | 无掺杂晶体硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN217280794U (zh) | 一种光伏电池 | |
| Lachenal et al. | High efficiency silicon heterojunction solar cell activities in Neuchatel, Switzerland | |
| CN208655672U (zh) | 异质结太阳能电池 | |
| CN202405277U (zh) | 一种采用应变azo层用于阳极-吸收剂界面的薄膜太阳能器件 | |
| CN103730532A (zh) | 掺氢晶化硅钝化的异质结太阳能电池 | |
| CN104332512B (zh) | 一种微晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |