CN203553184U - 非晶硅薄膜太阳能电池 - Google Patents

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胡居涛
庄春泉
王勇
邱骏
符政宽
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Abstract

本实用新型公开了一种非晶硅薄膜太阳能电池，太阳能电池的I层光吸收层所用薄膜材料为采用梯度氢稀释方法制备而得的初晶态非晶硅I-a-Si:H薄膜材料；所述梯度氢稀释方法将氢稀释浓度通过改变H2与SiH4的流量来实现氢稀释浓度由高到低变化。本实用新型使用梯度氢稀释方法制备光吸收层，开始采用高氢稀释度，使薄膜很快进入初晶态，随着薄膜的生长，降低氢稀释度，避免了在薄膜生长过程中，固定高氢稀释度使薄膜微晶化的问题，从而使薄膜一直处在初晶态的状态，极大的改善了薄膜的纵向均匀性；此种均匀性良好的光吸收层用于电池可有效提升电池的光电转换效率。

Description

非晶硅薄膜太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及一种非晶硅薄膜太阳能电池。
背景技术
硅薄膜太阳电池有原材料消耗少，易于大面积连续化生产，制备过程污染小等优点；是光伏电池的重要发展方向。传统的非晶硅薄膜太阳电池光吸收层（I层）制备过程中，多使用固定氢稀释方法，而高效率的非晶硅太阳电池光吸收层需在非晶硅到微晶硅过渡的阶段，即初晶态（邻近非晶硅到微晶硅相变阈值的非晶硅材料），此状态制备窗口窄，需要特定的氢稀释度（H2/SiH4流量比，一般10-40之间）；而氢稀释度选择较低时（10左右）制备出的薄膜多为非初晶态非晶硅；氢稀释度选择较高时，制备薄膜达到一定厚度即微晶化，纵向均匀性很难保证；故使用固定氢稀释很难得到性能良好的初晶态材料及电池。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可有效提高电池的初始效率及光照稳定性的非晶硅薄膜太阳能电池。
实现本实用新型目的的技术方案是一种非晶硅薄膜太阳能电池：包括玻璃基板、电池前电极、硅薄膜太阳能电池和背电极；所述硅薄膜太阳能电池为单结硅薄膜太阳能电池或多结叠层硅薄膜太阳能电池，每结硅薄膜太阳能电池包括依次沉积的P层、I层和N层；所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层采用初晶态非晶硅I-a-Si:H。
所述每结硅薄膜太阳能电池的P层为由P1层和P2层组成的两层结构；所述P1层为沉积在电池前电极上的非晶硅碳层P-a-SiC:H；所述P2层为纳米硅碳P-nc-SiC:H。
所述P1层到I层之间的带隙变化通过梯度CH4掺杂量获得；所述P1层带隙为1.9eV、厚度为10nm；P2层厚度为8nm，带隙由1.9eV渐变到为1.75eV。
所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层的厚度为300nm、带隙为1.75eV；所述单结硅薄膜太阳能电池的N层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的各结电池的N层为纳米硅材料，带隙为1.8eV、厚度为30nm。
所述背电极采用AZO/Al混合膜，其中AZO厚度70nm；Al膜200nm。
采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：（1）对于非晶硅太阳电池，P层与I层界面状态对电池性能影响很大；采用梯度氢稀释光吸收层，薄膜开始生长时，氢稀释度较高，薄膜的生长速率较低，而低速生长的薄膜性能稳定，与P层的界面接触良好。
（2）本实用新型同样适用于倒结构电池与各种叠层结构电池的顶电池，当此种电池用于叠层电池作为顶电池时，可提升电池的转换效率与光照稳定性，同时可降低电池的厚度。
（3）本实用新型的太阳能电池的P层采用的非晶硅碳/纳米硅碳双层结构，P1非晶硅碳带隙较高，适合作为电池的窗口层，且其氢稀释度较低，与SnO2接触可缓解SnO2在氢环境下的不稳定性；P2纳米硅碳作为缓冲层的益处：纳米硅碳的电导率高、缺陷低、光吸收系数低，可改善电池的界面接触，提高电池的性能；同时梯度碳掺杂带来的渐变带隙进一步的改善了界面接触。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型的非晶硅薄膜太阳能电池。
图2为本实用新型的非晶硅薄膜太阳能电池的P层、I层、N层带隙示意图。
附图中标号为：
玻璃基板1、电池前电极2、硅薄膜太阳能电池3、P层31、P1层31-1、P2层31-2、I层32、N层33、背电极4。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的一种非晶硅薄膜太阳能电池，包括玻璃基板1、电池前电极2、硅薄膜太阳能电池3和背电极4。
电池前电极2为SnO2透明导电玻璃。
硅薄膜太阳能电池3为单结硅薄膜太阳能电池，包括依次沉积的P层31、I层32和N层33。
P层31为由P1层31-1和P2层31-2组成的两层结构；P1层31-1为沉积在电池前电极2上的非晶硅碳层P-a-SiC:H，带隙1.9eV、厚度10nm左右；P2层31-2为纳米硅碳P-nc-SiC:H，在P1与I层之间，起到P/I缓冲层的作用，厚度8nm左右，带隙由1.9eV渐变到1.75eV，如图2所示，使P1层到I层平缓过渡，带隙的变化通过CH4掺杂量（CH4/SiH4）梯度变化获得（一般由10%-0渐变获得）。
I层为初晶态非晶硅I-a-Si:H薄膜材料，厚度为300nm、带隙为1.75eV；制备方法为梯度氢稀释方法，梯度氢稀释方法将氢稀释浓度通过改变H2与SiH4的流量来实现氢稀释浓度由高到低变化。
N层为纳米硅材料N-nc-Si:H，带隙为1.8eV、厚度为30nm。
背电极4采用AZO/Al混合膜，采用磁控溅射制备，其中AZO厚度70nm左右，其主要作用有：首先，阻止溅射Al向硅膜的扩散，其次，作为增反膜的作用，使没被底电池吸收的部分近红外光反射回底电池让其重吸收；Al膜200nm左右，起导电膜的作用，来引出载流子。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非晶硅薄膜太阳能电池，包括玻璃基板（1）、电池前电极（2）、硅薄膜太阳能电池（3）和背电极（4）；其特征在于：所述硅薄膜太阳能电池（3）为单结硅薄膜太阳能电池或多结叠层硅薄膜太阳能电池，每结硅薄膜太阳能电池包括依次沉积的P层（31）、I层（32）和N层（33）；所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层采用初晶态非晶硅I-a-Si:H。
2.根据权利要求1所述的一种非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所述每结硅薄膜太阳能电池的P层（31）为由P1层（31-1）和P2层（31-2）组成的两层结构；所述P1层（31-1）为沉积在电池前电极（2）上的非晶硅碳层P-a-SiC:H；所述P2层（31-2）为纳米硅碳P-nc-SiC:H。
3.根据权利要求2所述的一种非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所述P1层（31-1）到I层（32）之间的带隙变化通过梯度CH4掺杂量获得；所述P1层（31-1）带隙为1.9eV、厚度为10nm；P2层（31-2）厚度为8nm，带隙由1.9eV渐变到为1.75eV。
4.根据权利要求3所述的一种非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层的厚度为300nm、带隙为1.75eV；所述单结硅薄膜太阳能电池的N层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的各结电池的N层为纳米硅材料，带隙为1.8eV、厚度为30nm。
5.根据权利要求4所述的一种非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所述背电极（4）采用AZO/Al混合膜，其中AZO厚度70nm；Al膜200nm。
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