CN1851935A - 一种双结层太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双结层太阳能电池及其制造方法，其结构为基底(4)－银电极层(5)/金属氧化物透明导电层(6)/n型微晶硅(7)－i型微晶硅(8)－p型非晶硅或p型微晶硅(9)/金属氧化物透明导电层(10)/n型微晶硅(11)－i型非晶硅(12)－p型微晶硅(13)/ITO透明导电层(14)。底层p－i－n结中的i层由微晶硅形成，可避免太阳能电池因光照过久，产生光电性能衰退的现象，而上层的p－i－n结中的i层使用非晶硅镀制，由于非晶硅的光吸收效果较微晶硅为佳，使太阳能电池光谱吸收增大，可获得高效率的太阳能电池。采用本发明提高了电池的转换效率及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种双结层太阳能电池及其制造方法。
背景技术
目前使用p-i-n单结层非晶硅、微晶硅太阳能电池，或双结层非晶硅镀膜结构的太阳能电池甚为普遍，双结层非晶硅薄膜太阳能电池的转换效率达8-10％。由于非晶硅薄膜本身具有一种不可避免的因光照过久而光电性能衰退的现象，称为SWE(Staebler-Wronski Effect)，因此双结层非晶硅薄膜太阳能电池的转换效率会逐渐下降，使用寿命短。
发明内容
本发明提供一种双结层太阳能电池及其制造方法，采用该方法制造的太阳能电池转换效率高，使用寿命长。
本发明是这样实现的：一种双结层太阳能电池，它包括基底、金属电极层、底层p-i-n结、上层p-i-n结和透明导电层，所述底层p-i-n结中的i层、n层为微晶硅薄膜层，上层p-i-n结中i层为非晶硅薄膜层。
金属电极层与底层p-i-n结之间设有金属氧化物透明导电层；底层p-i-n结与上层p-i-n结之间也可以设有金属氧化物透明导电层。
一种双结层太阳能电池的制造方法，它是在基底上溅射金属膜作为电极层，金属电极层上沉积有底层p-i-n结，底层p-i-n结上沉积上层p-i-n结，上层p-i-n结上溅射透明导电层，底层p-i-n结中沉积的i层为微晶硅薄膜层，上层p-i-n结中沉积的i层为非晶硅薄膜层。
所述金属电极层与底层p-i-n结之间溅射有金属氧化物透明导电层；底层p-i-n结与上层p-i-n结之间溅射有金属氧化物透明导电层。
沉积p-i-n结时，采用等离子增强化学蒸汽镀膜，在镀p层时，通入混合气体SiH4+B2H6+H2，即四氢化硅、乙硼烷和氢气，再加入少量的SiH2Cl2即二氯二氢化硅作为渗杂气体。
底层p-i-n结中的n层镀微晶硅时，增加镀层厚度和镀膜速率，以形成更多的结晶而制成高效率高性能太阳能电池。
本发明采用双结层p-i-n结构，所述底层p-i-n结中的i层由微晶硅形成，可避免太阳能电池因光照过久，产生光电性能衰退的现象，而上层的p-i-n结中的i层使用非晶硅镀制，由于非晶硅的光吸收效果较微晶硅为佳，使太阳能电池光谱吸收增大，可获得高效率的太阳能电池。本发明是对双结层非晶硅薄膜太阳能电池进行了改进，部分非晶硅薄膜层以微晶硅薄膜层替代以增进电池的转换效率及使用寿命。金属电极层与底层p-i-n结之间设有金属氧化物透明导电层，可增加通过底层微晶硅薄膜层的电流。金属氧化物透明导电层置于上层与底层的p-i-n结之间成为一个反向二极体，增进上层p-i-n结中通过非晶硅电池中的电流。在p-i-n结中，p层使用一种新型的p微晶硅层，此法系使用传统的混合气体SiH4+B2H6+H2(四氢化硅、乙硼烷和氢气)，再加入少量的二氯二氢化硅(SiH2Cl2)作为渗杂气体，由于SiH2Cl2中的氯原子增进了结晶性能，使吸收系数降低而导电系数增加，可获最高的电池效率。底层p-i-n结的n层镀微晶硅时，增加镀层厚度和镀膜速率，可形成更多的结晶而制成高效率高性能电池。通过优化p层微晶硅及金属氧化物透明导电层与电池底层的介面状况，可使电池的起初效率在小面积3平方厘米的面积上达到14.5％，而在较大面板上亦可达8％的转换效率。
附图说明
图1为本发明制造双结层太阳能电池所用装置的结构示意图。
图2为本发明双结层太阳能电池的制造工艺流程图。
图3为本发明双结层太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
图1为生产双结层太阳能电池的装置。此装置对本发明在基底上，镀制非晶硅/微晶硅太阳能电池有极密切的关系。在圆形(方形)中央转换区1中有一组自动化机械臂2，可与周围八个镀膜区3中任一区以任何次序进行操作，置入或取出装有基底的匣具。所有的操作过程均以交换机软件操控，八个镀膜区3均以真空阀与中央转换区1连接，均可保持独立的真空状态，免除基底转换时所产生的镀膜气体交互污染，以增进太阳能电池的效能。一个镀膜区3用作基底的进出口，其余七区有三个镀膜区3用作溅射镀电极层用，分别为镀银、镀金属氧化物透明导电层(如氧化锌或三氧化二铝等)及镀透明导电层(ITO)用；另外四个镀膜区3则为等离子增强化学蒸汽镀膜区，其中一个p层镀膜区，二个i层镀膜区和一个n层镀膜区。
镀银区采用直流溅射电源，镀金属氧化物透明导电层及ITO均用射频电源，每个镀膜区3抽成真空，阴极靶位于底部，采用向上镀膜方式，以减少薄膜中针孔的形成。
P-i-n结在等离子增强化学蒸汽(PECVD)镀膜区中完成，因i层的厚度较p层及n层厚得多，故设置二个i层镀膜区3以增进镀膜速率。每个等离子增强化学蒸汽镀膜区均有基极加热器可供微晶硅在镀膜时结晶过程中使用，在镀n层微晶硅时，采用向上镀膜方式以减少镀膜过程中形成的针孔。此外，脉冲式的PECVD技术加入i层的镀膜区中，可以增加i层的镀膜速率从而增加出产量。
参考图2、图3，在清洁的基底4上镀上一层加热的银层作为金属电极层5，在金属电极层5上镀上一层金属氧化物作为透明导电层6，然后在其上镀上一层n型微晶硅7，一层i型微晶硅8，一层P型非晶硅或P型微晶硅9。在此p-i-n结层之上又镀上一层金属氧化物透明导电层10，以增加上层p-i-n非晶硅电池的电流。上层的电池结构为一层n型微晶硅11，一层i型非晶硅12，及一层P型微晶硅13。最上层用溅射方法镀上一层ITO透明导电层14。此种方法制造的双p-i-n结层太阳能电池，由于非晶硅和微晶硅有不同的能带禁带宽度而有不同的太阳能光谱吸收波长范围，非晶硅可吸收较短波长范围内的光，而微晶硅可吸收波长较长范围内的光，如此可吸收太阳光谱内绝大部分波长范围的光而达成高效率的薄膜太阳能电池。
当底层的银电极层及金属氧化物透明导电层在溅射镀膜区内镀好后，以电脑控制的机械臂2取出，然后置入镀n层的PECVD镀膜区内，将SiH4、H2及PH3混合好的气体导入镀膜区内，在射频电源下产生等离子体而以向上镀膜方式在基板上形成薄膜。底层的微晶硅p-i-n电池性能表现大部分决定于n型微晶硅的结晶性能，其结晶性能又因厚度的不同及镀膜时射频电源频率而有所变化，较厚的n型微晶硅层显示了较佳的性能，采用较高射频频率，可达到较好结晶情况及较高的镀膜速率。当n层微晶硅镀完后，由机械臂2取出基底而置入i层PECVD镀膜区中，输入SiH4及H2的混合气体，而以射频电源产生等离子体向上镀膜至基底上。因i层的厚度远较p层及n层为厚，故需较长的镀膜时间，为增加生产速度，射频电源使用较高频率镀i层微晶硅薄膜，高频率可增进微晶硅结晶性能。
若要更有效地增加出产量，则可另延伸接装一组环形制造装置，所增加的七个镀膜区可分配三个溅射镀膜区及四个i层PECVD镀膜区，以舒减i层镀膜所需较长时间的瓶颈。一个环形制造装置的年生产量可达1兆瓦，而二个环形制造装置连接的生产系统年生产量可达3兆瓦。
当然，若在镀i层硅薄膜时加入脉冲PECVD方法，可进一步提高镀膜速率，较之传统的PECVD镀膜速率高出3.5倍，故在实际生产硅薄膜太阳能电池制造过程中，镀i层薄膜时采用脉冲调制的PECVD方法，可以增加生产量。脉冲PECVD生产方法已在其它文献中有详尽的叙述，在此则略去细节叙述。
在i层微晶硅或奈晶硅镀完后，由机械臂2取出再置入p层PECVD镀膜区中，导入SiH4+B2H6+H2(四氢化硅、乙硼烷和氢气)，再加入少量的二氯二氢化硅(SiH2Cl2)作为渗杂气体，进行镀膜。底层p-i-n结中的p层若使用此类微晶硅，则电池转换效率可达11.8％，相较于p层非晶硅的效率(10.7％)为佳(基本面积为30厘米×40厘米)。在镀完底层的p-i-n结后，由机械臂2将电池基板取出，置入于镀金属的溅射镀膜区中。因金属氧化物为透明导电层，上层p-i-n透过的光可大部分透过到达底层的p-i-n电池结构中，在此中间介面使用金属氧化物透明导电层可增加上层非晶硅电池层的电流。
上层p-i-n电池的镀膜方法与上述相似或雷同，但i层为非晶硅薄膜以增加光吸收效率。此法制造出的薄膜硅太阳能电池的转换效率甚佳：
在30平方厘米的太阳能电池上为14.5％；
在300平方厘米的太阳能电池上为10.1％；
在7500平方厘米的太阳能电池上为8.00％。
Claims (8)
1、一种双结层太阳能电池，它包括基底(4)、金属电极层(5)、底层p-i-n结、上层p-i-n结和透明导电层(14)，其特征在于所述底层p-i-n结中的i层为微晶硅薄膜层，上层p-i-n结中i层为非晶硅薄膜层。
2、根据权利要求1所述的双结层太阳能电池，其特征在于金属电极层(5)与底层p-i-n结之间设有金属氧化物透明导电层(6)。
3、根据权利要求1或者2所述的双结层太阳能电池，其特征在于底层p-i-n结与上层p-i-n结之间设有金属氧化物透明导电层(10)。
4、一种双结层太阳能电池的制造方法，它是在基底(4)上溅射金属膜作为电极层(5)，金属电极层(5)上沉积有底层p-i-n结，底层p-i-n结上沉积上层p-i-n结，上层p-i-n结上溅射透明导电层(14)，其特征在于底层p-i-n结中沉积的i层为微晶硅薄膜层，上层p-i-n结中沉积的i层为非晶硅薄膜层。
5、根据权利要求4所述的双结层太阳能电池的制造方法，其特征在于所述金属电极层(5)与底层p-i-n结之间溅射有金属氧化物透明导电层(6)。
6、根据权利要求4或者5所述的双结层太阳能电池的制造方法，其特征在于底层p-i-n结与上层p-i-n结之间溅射有金属氧化物透明导电层(10)。
7、根据权利要求4或者5所述的双结层太阳能电池的制造方法，其特征在于沉积p-i-n结时，采用等离子增强化学蒸汽镀膜，在镀p层时，通入混合气体SiH4+B2H6+H2，即四氢化硅、乙硼烷和氢气，再加入少量的SiH2Cl2即二氯二氢化硅作为渗杂气体。
8、根据权利要求4或者5所述的双结层太阳能电池的制造方法，其特征在于底层p-i-n结中的n层镀微晶硅时，增加镀层厚度和镀膜速率，形成更多的结晶而制成高效率高性能电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |