CN202977493U - 多晶硅薄膜太阳能电池 - Google Patents

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连春元
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沈伟妙
丁鹏
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Abstract

一种多晶硅薄膜太阳能电池，所述多晶硅薄膜太阳能电池包括：基板；位于所述基板表面的第一电极层；位于所述第一电极层表面的第一掺杂类型多晶硅层；位于所述第一掺杂类型多晶硅层表面的第二掺杂类型多晶硅层；位于所述第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层，所述应力层的应力类型与所述第二掺杂类型多晶硅层的掺杂类型相对应；位于所述应力层表面的第二电极层。所述多晶硅薄膜太阳能电池能够有效提高太阳能的转换效率。

Description

多晶硅薄膜太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及多晶硅薄膜太阳能电池。 
背景技术
薄膜太阳能电池是在玻璃、金属或塑料等基板上沉积很薄（几微米至几十微米）的光电材料而形成的一种太阳能电池。薄膜太阳能电池具备弱光条件下仍可发电、生产过程能耗低及可大幅度降低原料和制造成本等一系列优势，已成为近年来的研究热点，其市场发展潜力巨大。 
基本的薄膜太阳能电池结构，包括单P-N结、P-I-N/N-I-P以及多结。典型的单结P-N结构包括P型掺杂层和N型掺杂层。单结P-N结太阳能电池有同质结和异质结两种结构。同质结结构的P型掺杂层和N型掺杂层都由相似材料（材料的能带隙相等）构成。异质结结构包括具有至少两层不同带隙的材料。P-I-N/N-I-P结构包括P型掺杂层、N型掺杂层和夹于P层和N层之间的本征半导体层（即未掺杂的I层）。多结结构包括具有不同带隙的多个半导体层，所述多个半导体层互相堆叠。在薄膜太阳能电池中，光在P-N结附近被吸收。由此所得的载流子扩散进入所述P-N结并被内建电场分开，从而生成穿过所述器件和外部电路系统的电流。 
多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳能电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率受到很多因素的影响，有待进一步的提高。 
更多关于多晶硅薄膜太阳能电池的制作方法请参考公开号为CN101582466A的中国专利。 
实用新型内容
本实用新型解决的问题是提供一种多晶硅薄膜太阳能电池,提高多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。 
为解决上述问题，本实用新型的技术方案提出了一种多晶硅薄膜太阳能电池，包括：基板；位于所述基板的表面的第一电极层；位于所述第一电极层表面的第一掺杂类型多晶硅层；位于所述第一掺杂类型多晶硅层表面的第二掺杂类型多晶硅层；位于所述第二掺杂类型多晶硅层表面应力层，所述应力层的应力类型与第二掺杂类型多晶硅层的掺杂类型相对应；位于所述应力层表面的第二电极层。 
可选的，所述第一掺杂类型多晶硅层为P型层，第二掺杂类型多晶硅层为N型层，并且所述应力层具有张应力。 
可选的，所述第一掺杂类型多晶硅层为N型层，第二掺杂类型多晶硅层为P型层，并且所述应力层具有压应力。 
可选的，所述应力层的厚度为0.5nm~100nm。 
可选的，所述应力层的应力数值范围为200MPa~1000MPa。 
可选的，所述应力层和第二电极层之间还具有抗反射层。 
可选的，在第二掺杂类型多晶硅层和应力层之间还具有抗反射层。 
可选的，所述第一掺杂类型多晶硅层的厚度范围为 
Figure 2012206785168100002DEST_PATH_IMAGE002
。 
可选的，所述第二掺杂类型多晶硅层的厚度范围为 
Figure 990821DEST_PATH_IMAGE002
。 
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 
本实用新型的技术方案，所述第二掺杂类型多晶硅层表面具有应力层，所述应力层的应力类型与第二掺杂类型多晶硅层的掺杂类型相对应。所述第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层能够使第二掺杂类型多晶硅层受到应力作用，提高所述第二掺杂类型多晶硅层内载流子的迁移率，从而降低光生电子或光生空穴在经过PN结后，在第二掺杂类型多晶硅层内向第二电极层漂移的 过程中被复合的几率，提高到达第一电极层处的电子或空穴的数量，提高总的电流密度，从而提高多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。 
进一步的，如果所述第一掺杂类型多晶硅层为P型层，第二掺杂类型多晶硅层为N型层，则所述第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层具有张应力。所述具有张应力的应力层使N型层受到张应力作用，提高所述N型层内电子的迁移率，从而降低P型层内产生的光生电子，在经过PN结后，在N型层内向第二电极层漂移的过程中，被复合的几率，提高到达第一电极层处的电子数量，从而提高多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。如果所述第一掺杂类型多晶硅层为N型层，第二掺杂类型多晶硅层为P型层，则所述第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层具有压应力。所述具有压应力的应力层使P型层受到压应力作用，提高所述P型内空穴的迁移率，从而降低N型层内产生的光生空穴，在经过PN结后，在P型层内向第二电极层漂移的过程中，被复合的几率，提高到达第二电极层处的空穴数量，提高总的电流密度，从而提高多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。 
进一步的，所述应力层采用的材料为氧化硅或氮化硅，所述氧化硅或氮化硅薄膜具有较低的折射率系数，不仅能够使第二掺杂类型多晶硅层受到应力作用，还有助于降低多晶硅薄膜太阳能电池表面对阳光的反射，提高太阳能电池的吸光率，不用再形成抗反射层，从而可以节约工艺步骤。 
附图说明
图1是本实用新型的实施例的多晶硅薄膜太阳能电池的制作方法的流程示意图； 
图2至图7是本实用新型的实施例的多晶硅薄膜太阳能电池的制作方法的剖面结构示意图。 
具体实施方式
如背景技术中所述，目前多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率有待进一步的提高。 
研究发现，光生载流子的复合直接影响太阳能电池的开路电压。所以在载流子向电极运动的过程中，提高载流子的迁移速率可以有效降低光生载流子的复合率从而提高太阳能电池的转换效率。 
本实用新型的实施例提出了一种多晶硅薄膜太阳能电池，包括位于基板表面的第一电极层，位于所述第一电极层表面的第一掺杂类型多晶硅层和第二掺杂类型多晶硅层，位于第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层。本实用新型能够提高所述第二掺杂类型多晶硅层内载流子的迁移速率，提高总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。 
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。所描述的实施例仅仅是本实用新型的可实施方式的一部分，而不是其全部。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。根据所述实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。 
请参考图1，为本实施例中多晶硅薄膜太阳能电池的制作方法的流程示意图，包括： 
步骤S1：提供基板； 
步骤S2：在所述基板的表面形成第一电极层； 
步骤S3：在所述第一电极层表面形成第一掺杂类型多晶硅层； 
步骤S4：在所述第一掺杂类型多晶硅层表面形成第二掺杂类型多晶硅层； 
步骤S5：在所述第二掺杂类型多晶硅层表面形成应力层，所述应力层的 应力类型与第二掺杂类型多晶硅层的掺杂类型相对应； 
步骤S6：在所述应力层表面形成第二电极层。 
请参考图2，提供基板100。 
具体的，所述基板100的材料包括多晶硅、冶金硅、石墨、陶瓷、石英、玻璃、不锈钢等，所述基板100可以透明或不透明、具有固定形状或者为柔性材料。采用低成本的基板，作为多晶硅薄膜太阳能电池的支撑材料。用相对较薄的多晶硅薄膜作为太阳能电池的激活层，不仅能保持晶体硅太阳能电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。 
本实施例中，采用的基板100为玻璃，所述基板100作为多晶硅薄膜太阳能电池的受光面。 
请参考图3，在所述基板100的表面形成第一电极层101。 
具体的，所述第一电极层101为透明导电薄膜，包括氧化锡薄膜、氧化锌薄膜、氧化铟锡薄膜等，采用磁控溅射工艺，在所述基板表面形成第一电极层101，所述第一电极层101的厚度范围为
Figure 372717DEST_PATH_IMAGE002
。 
本实施例中，采用的基板100为透明的玻璃，作为电池的受光面，所以，本实施例中，所述基板表面的第一电极层101也要采用具有高透光率的透明导电薄膜，本实施例中，所述第一电极层101为氧化锡薄膜，可以透射大部分入射光，并且有电流在第一电极层101中流动。 
在本实用新型的其他实施例中，如果所述基板不作为电池的受光面，则所述第一电极层101也可以是不透明的导电薄膜，包括银薄膜、铝薄膜等。 
请参考图4，在所述第一电极层101的表面形成第一掺杂类型多晶硅层102。 
具体的，所述第一掺杂类型多晶硅层102可以是N型层或者P型层，所述第一掺杂类型多晶硅层102的厚度为 
Figure 96792DEST_PATH_IMAGE002
。所述第一掺杂类型多晶 硅层102的形成工艺可以是低压化学气相沉积或等离子体化学气相沉积、液相外延或溅射沉积等工艺。 
本实施例中，采用低压化学气相沉积工艺形成所述第一掺杂类型多晶硅层102，所述第一掺杂类型多晶硅层102为N型层，具体形成方法为：以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4作为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子，在800℃~1200℃的温度下，在第一电极层101的表面沉积形成多晶硅层，再对所述多晶硅层进行N型离子掺杂，形成第一掺杂类型多晶硅层102。所述第一掺杂类型离子掺杂，可以采用离子注入或扩散工艺形成，也可以在形成多晶硅层的同时采用原位掺杂工艺形成。所述掺杂离子包括磷、砷或锑中的一种或几种，掺杂离子的浓度为1E10/cm3~1E20/cm3。 
在本实用新型的其他实施例中，所述第一掺杂类型多晶硅层102还可以是P型层，采用本实施例中的方法形成多晶硅层之后，对所述多晶硅层进行P型离子掺杂，形成第一掺杂类型多晶硅层。所述P型离子掺杂，可以采用离子注入或扩散工艺形成，也可以在形成多晶硅层的同时采用原位掺杂工艺形成。掺杂离子包括硼、镓或铟中的一种或几种，掺杂离子的浓度为1E10/cm3~1E20/cm3。 
在本实用新型的其他实施例中，在形成所述第一掺杂类型多晶硅层之前先在所述第一电极层表面形成一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，形成籽晶层，在所述籽晶层上沉积厚的多晶硅层，形成第一掺杂类型多晶硅层。这种方法可以得到质量较高的多晶硅层。 
请参考图5，在所述第一掺杂类型多晶硅层102的表面形成第二掺杂类型多晶硅层103。 
具体的，所述第二掺杂类型多晶硅层103可以是N型层或者P型层，与第一掺杂类型多晶硅层102的掺杂类型不同，所述第二掺杂类型多晶硅层103 的厚度为 
Figure 492001DEST_PATH_IMAGE002
。所述第二掺杂类型多晶硅层103的形成工艺可以是低压化学气相沉积或等离子体化学气相沉积、液相外延或溅射沉积等工艺。 
本实施例中，第一掺杂类型多晶硅层102为N型层，所述第二掺杂类型多晶硅层103为P型层。具体形成工艺与第一掺杂类型多晶硅层102的形成工艺相同，在此不作赘述。所述第二掺杂类型多晶硅层103的掺杂离子包括磷、砷或锑中的一种或几种，掺杂离子浓度为1E10/cm3~1E20/cm3。 
请参考图6，在所述第二掺杂类型多晶硅层103的表面形成应力层104，所述应力层104的应力类型与第二掺杂类型多晶硅层103的掺杂类型相对应。 
在所述第二掺杂类型多晶硅层103表面，形成应力层104，所述应力层104包括氮化硅薄膜、氧化硅薄膜等透明不导电的薄膜。所述应力层104的形成工艺是等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或热化学气相沉积。 
本实施例中，所述第二掺杂类型多晶硅层102为P型层，在所述P型层表面形成具有压应力的应力层104，所述具有压应力的应力层104为氮化硅薄膜，采用的形成工艺为等离子体增强化学气相沉积，其中，反应气体为NH2和SiH4，利用Ar等惰性气体作为载气，SiH4和NH2的气体流量比为0.1~4，反应温度为200℃~500℃，反应压强为100mTorr~200mTorr，提供一个功率为10W~100W的低频功率源，频率为100KHz。所述应力层的厚度为0.5nm~100nm，具有压应力，压应力的数值范围为200MPa~1000MPa。所述具有压应力的应力层104，使第二掺杂类型多晶硅层103受到水平面内的压应力的作用，使P型的第二掺杂类型多晶硅层103层内光生空穴的迁移率得到提高，从而降低了第一掺杂类型多晶硅层102内产生的光生空穴，经过PN结后，在第二掺杂类型多晶硅层103内的漂移过程中被复合的几率，提高到达第二电极层处的空穴数量，提高电池的总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。 
本实用新型的其他实施例中，所述第二掺杂类型多晶硅层为N型层，在所述N型层表面形成具有张应力的应力层，所述具有张应力的应力层为氮化硅薄膜，采用的形成工艺是等离子体增强化学气相沉积，其中，反应气体为NH2和SiH4，利用Ar等惰性气体作为载气，SiH4和NH2的气体流量比为0.1~4，反应温度为200℃~500℃，反应压强为100mTorr~200mTorr，并且提供一个功率为10W~100W的射频功率源，频率为13.56MHz。所述应力层的厚度为0.5nm~100nm，具有张应力，张应力数值范围为200MPa~1000MPa。所述具有张应力的应力层，使N型的第二掺杂类型多晶硅层受到水平面内的张应力的作用，使第二掺杂类型多晶硅层内电子的迁移率得到提高，从而降低第一掺杂类型多晶硅层内产生的光生电子，经过PN结后，在第二掺杂类型多晶硅层内的漂移过程中被复合的几率，提高到达第二电极层处的电子数量，提高太阳能电池的总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。 
请参考图7，在所述应力层104表面形成第二电极层105。 
形成所述第二电极层105的具体工艺对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。 
在本实用新型的其他实施例中，如果所述基板采用的是不透明的材料，则所述第二掺杂类型多晶硅层103作为受光面，还可以在所述应力层104表面形成抗反射层，提高太阳能电池对阳光的吸收率。所述抗反射层为低折射率系数的透明材料，例如TiO2、SiN、SiO、Al2O3、SiO2或CeO2等。具体的，可以采用PECVD、磁控溅射或电子束蒸发等方法形成所述抗反射层，所述抗反射层的厚度范围为
Figure BDA00002538410500081
由于所述应力层所采用的氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜具有较低的折射率系数，可以降低对阳光的反射，可以作为第二掺杂类型多晶硅层表面的抗反射层，提高太阳能电池对太阳光的吸收率。所以，在本实用新型的其他实施 例中，可以不用再额外形成所述抗反射层，从而可以减少工艺步骤。 
在本实用新型的其他实施例中，也可以在第二掺杂类型多晶硅层表面先形成抗反射层，然后再在所述抗反射层表面形成应力层，所述抗反射层除了抗反射的作用外，还可以对第二掺杂类型多晶硅层表面起到钝化表面的作用，降低载流子的复合率。由于所述抗反射层的厚度较低，所以第二掺杂类型多晶硅层同样可以受到抗反射层表面的应力层的应力作用，提高第二掺杂类型多晶硅层内载流子的迁移率。 
本实施例还提供了一种采用上述制作方法形成的多晶硅薄膜太阳能电池。 
请参考图7，所述多晶硅薄膜太阳能电池包括：基板100；位于所述基板100表面的第一电极层101；位于所述第一电极层101表面的第一掺杂类型多晶硅层102；位于所述第一掺杂类型多晶硅层102表面的第二掺杂类型多晶硅层103；位于所述第二掺杂类型多晶硅层103表面的应力层104，所述应力层104的应力类型与第二掺杂类型多晶硅层103的掺杂类型相对应；位于所述应力层104表面的第二电极层105。 
所述基板100可以透明或不透明、具有固定形状或者为柔性材料。本实施例中，采用的基板100为玻璃，所述基板100作为多晶硅薄膜太阳能电池的受光面。 
本实施例中，所述第一掺杂类型多晶硅层102为N型层，离子掺杂浓度为1E10/cm3~1E20/cm3，掺杂离子包括磷、砷或锑中的一种或几种；第二掺杂类型多晶硅层103为P型层，离子掺杂浓度为1E10/cm3~1E20/cm3，掺杂离子包括硼、镓或铟中的一种或几种。所述应力层104包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，具有压应力，厚度为0.5nm~100nm，应力的数值范围为200MPa~1000MPa。所述具有压应力的应力层104，使第二掺杂类型多晶硅层 103受到水平面内的压应力的作用，使P型的第二掺杂类型多晶硅层103层内光生空穴的迁移率得到提高，从而降低了第一掺杂类型多晶硅层102内产生的光生空穴，经过PN结后，在第二掺杂类型多晶硅层103内的漂移过程中被复合的几率，提高到达第二电极层处的空穴数量，提高电池的总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。 
在本实用新型的其他实施例中，所述第一掺杂类型多晶硅层102为P型层，第二掺杂类型多晶硅层103为N型层，所述应力层104包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，具有张应力。所述具有张应力的应力层，使N型的第二掺杂类型多晶硅层受到水平面内的张应力的作用，使第二掺杂类型多晶硅层内电子的迁移率得到提高，从而降低第一掺杂类型多晶硅层内产生的光生电子，经过PN结后，在第二掺杂类型多晶硅层内的漂移过程中被复合的几率，提高到达第二电极层处的电子数量，提高太阳能电池的总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。 
在本实用新型的其他实施例中，所述基板还可以是不透明的材料，例如不锈钢。则所述第二掺杂类型多晶硅层103作为受光面，本实用新型还可以包括位于所述应力层104表面的抗反射层，所述抗反射层能提高太阳能电池对阳光的吸收率。所述抗反射层为低折射率系数的透明材料，例如TiO2、SiN、SiO、Al2O3、SiO2或CeO2等，所述抗反射层的厚度范围为
Figure BDA00002538410500101
在本实用新型的其他实施例中，所述抗反射层也可以位于第二掺杂类型多晶硅层表面，所述应力层位于抗反射层表面，所述抗反射层除了抗反射的作用外，还可以对第二掺杂类型多晶硅层表面起到钝化表面的作用，降低载流子的复合率。 
所述多晶硅薄膜太阳能电池的第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层，使第二掺杂类型多晶硅层受到应力作用，提高所述第二掺杂类型多晶硅层内载 流子的迁移率，从而提高太阳能电池总的电流密度，提高太阳能电池的转换效率。 
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实用新型，并能够再现和使用本实用新型。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实用新型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，本实用新型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 (9)

1.一种多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，包括： 
基板； 
位于所述基板表面的第一电极层； 
位于所述第一电极层表面的第一掺杂类型多晶硅层； 
位于所述第一掺杂类型多晶硅层表面的第二掺杂类型多晶硅层； 
位于所述第二掺杂类型多晶硅层表面的应力层，所述应力层的应力类型与所述第二掺杂类型多晶硅层的掺杂类型相对应； 
位于所述应力层表面的第二电极层。 
2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂类型多晶硅层为P型层，第二掺杂类型多晶硅层为N型层，并且所述应力层具有张应力。 
3.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂类型多晶硅层为N型层，第二掺杂类型多晶硅层为P型层，并且所述应力层具有压应力。 
4.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述应力层的厚度为0.5nm~100nm。 
5.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述应力层的应力的数值范围为200MPa~1000MPa。 
6.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述应力层和第二电极层之间还具有抗反射层。 
7.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，在第二掺杂类型多晶硅层和应力层之间还具有抗反射层。 
8.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂类型多晶硅层的厚度范围为。
9.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂类型多晶硅层的厚度范围为
Figure 406155DEST_PATH_IMAGE002
。
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