專利名稱：寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的新設(shè)計，可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，減薄電池厚度，提高穩(wěn)定性，降低成本，屬于硅太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的在于提高非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，降低其生產(chǎn)制造成本。
為了提高電池的效率和穩(wěn)定性，普遍采用的技術(shù)方案是疊層結(jié)構(gòu)，如非晶硅/非晶硅鍺/非晶硅鍺，非晶硅/微晶硅，非晶硅/多晶硅迭層結(jié)構(gòu)等。
但是非晶硅/非晶硅鍺/非晶硅硅三結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，設(shè)備和工藝均較復(fù)雜，致使成本比單晶硅電池還高。非晶硅/微晶硅，非晶硅/多晶硅疊層結(jié)構(gòu)電流失配嚴(yán)重，不能充分利用太陽光譜，致使效率不高。為了實現(xiàn)電流匹配，一般做成非晶硅/晶硅/晶硅三結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，致使工藝復(fù)雜，成本升高。即便做成兩結(jié)疊層，需要通過加大非晶硅吸收層厚度來提高非晶硅電池的電流，這樣將使電池衰退率增大。即使如此，也不能達(dá)到電流匹配。為了在雙結(jié)疊層時不增大非晶硅基薄膜電池厚度的情況下實現(xiàn)電流匹配，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案在寬帶隙硅基薄膜電池與窄帶隙硅基薄膜電池之間加一層特殊增反層，該增反層只反射第1個pin電池吸收范圍的光，透射第2個pin電池吸收范圍的光，從而使寬帶隙硅基薄膜電池在不增加吸收層厚度的情況下使電流增加。這樣可以使其光衰退效應(yīng)減少，并縮短生長時間，有利于降低成本。為了保持第2個窄帶隙硅基薄膜電池的電流強度，在第2個pin的N層與金屬電極之間加另一個增反射層，負(fù)責(zé)反射第2個pin電池吸收范圍的光，如此可在減薄吸收層厚度情況下，保持較大光電流強度。
通過控制材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)吸收層光學(xué)帶隙在1.8～1.1eV的變化，采用兩結(jié)pin或nip疊層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對太陽光譜300～1100nm范圍的吸收。
本實用新型的有益效果是，可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，減薄電池厚度，不易發(fā)生光衰退，大大縮短制備時間，降低生產(chǎn)成本。
圖3本實用新型帶有增反射層的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖(不透明襯底)。
圖4■有增反層的透過濾圖5有增反層的反射率圖中(1)一第1個電池(2)一第2個電池(3)一第3個電池3.透明襯底(玻璃G)4.透明導(dǎo)電膜(T)5.P區(qū)6.本征區(qū)(I)7.N區(qū)8.金屬Ag薄膜層，9.金屬Al薄膜層10.異質(zhì)界面過渡區(qū)(Bp)11.增反射層(R1)12.增反射層(R2)13.不透明襯底本實用新型設(shè)計如下第1個pin是寬帶隙硅基薄膜電池(如非晶硅、鈉米硅、炭化硅、氮化硅等)；第2個pin是窄帶隙硅基薄膜電池(如微晶硅、多晶硅、微晶硅鍺等)。在第1個pin的N層(7)與第2個pin的P層(5)之間加一特殊增反射層R1(11)，該增反射層只反射第1個pin電池吸收范圍的光，透射第2個pin電池吸收范圍的光。在第2個pin的N(7)層與金屬Ag電極(8)之間加另一個增反射層R2(12)，負(fù)責(zé)反射第2個pin電池吸收范圍的光。
在第1個寬帶隙硅基薄膜pin電池的p/I(5、6)異質(zhì)界面之間有一過渡區(qū)Bp(10)，其厚度在0～20nm，本征層I(6)的厚度為100～300nm，N型層(7)為含有微晶的硅薄膜，微晶硅/非晶硅比例在50～90％，增反射層R1(11)的厚度在50-200nm，第1個寬帶隙硅基薄膜pin結(jié)構(gòu)電池沉積在覆蓋透明導(dǎo)電層的玻璃、塑料等基片(3)上，第2個窄帶隙硅基薄膜pin結(jié)構(gòu)電池的本征層I(6)厚度是0.4～2μm；第2個窄帶隙硅基薄膜pin結(jié)構(gòu)電池的N層(7)與金屬Ag電極(8)之間的反射層R2(12)厚度是50～100nm。將上述沉積工藝反過來，可以將電池制備在不透明導(dǎo)電襯底(13)上。
本實用新型硅基薄膜的制備采用甚高頻-等離子體增強化學(xué)氣相沉積(VHF-PECDV)、熱絲-化學(xué)氣相沉積(HW-CVD)、催化+高頻-等離子體增強化學(xué)氣相沉積(Cat+VHF-PECVD)等技術(shù)生長，生長溫度在80～200℃，生長速率比常規(guī)射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積(rf-PECVD)技術(shù)增加幾倍。
權(quán)利要求1.一種寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，由兩個硅基薄膜太陽電池疊加構(gòu)成，其特征在于第1個pin是寬帶隙硅基薄膜電池(如非晶硅、鈉米硅、炭化硅、氮化硅等)，第2個pin是窄帶隙硅基薄膜電池(如微晶硅、多晶硅、微晶硅鍺等)，第1個寬帶隙硅基薄膜電池的pin結(jié)構(gòu)沉積在透明導(dǎo)電襯底(3)上，在其N(7)層上沉積導(dǎo)電增反射層R1(11)，隨即沉積第2個窄帶隙硅基薄膜電池的pin結(jié)構(gòu)，在其N層上沉積導(dǎo)電增反射層R2(12)，在R2層上沉積金屬Ag和Al電極(8)(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜低溫硅基薄膜太陽電池，其特征在于在第(1)個寬帶隙硅基薄膜pin電池的p/I(5/6)異質(zhì)界面之間有一過渡區(qū)Bp(10)，其厚度在0～20nm.。
3.據(jù)權(quán)利根要求1所說的寬譜低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于第(1)個寬帶隙硅基薄膜pin結(jié)構(gòu)的本征層I(6)厚度是100～300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于第(1)個寬帶隙硅基薄膜電池的pin結(jié)構(gòu)的N型層(7)為含有微晶硅的硅薄膜，微晶硅/非晶硅比例在50～90％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫地疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于增反射層R1(11)的厚度在50～200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于第(1)個寬帶隙硅基薄膜電池的pin結(jié)構(gòu)沉積在覆蓋透明導(dǎo)電層的玻璃、塑料等透明基片(3)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于，第(2)個窄帶隙硅基薄膜電池pin結(jié)構(gòu)的本征層I(6)厚度是0.4～2陽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于第(2)個窄帶隙硅基薄膜電池pin結(jié)構(gòu)的N層(7)與金屬Ag電極(8)之間的反射層R2(12)厚度是50～100nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于本實用新型硅基薄膜的制備采用甚高頻一等離子體增強化學(xué)氣相沉積(VHF-PECDV)、熱絲-化學(xué)氣相沉積(HW-CVD)、催化+高頻-等離子體增強化學(xué)氣相沉積(Cat+VHF-PECVD)等技術(shù)生長，生長溫度在80～00℃，生長速率比常規(guī)射頻-等離子體增強化學(xué)氣相沉積(rf-PECVD)技術(shù)增加幾倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所說的寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，其特征在于將權(quán)利要求1～8的沉積工藝反過來，可以將電池制備在不透明導(dǎo)電襯底(13)上。
專利摘要本實用新型的名稱是寬譜域低溫疊層硅基薄膜太陽電池，涉及疊層電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計，屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。一般的疊層電池或者光電轉(zhuǎn)換效率低，或者工藝復(fù)雜，為此本實用新型在設(shè)計電池時，在第(1)個pin的N層與第2個pin電池的P層之間加一特殊增反射層，該增反射層只反射第1個pin電池吸收范圍的光，透射第2個pin電池吸收范圍的光，在第2個電池pin的N層與金屬電極之間加另一個增反射層，負(fù)責(zé)反射第2個pin電池吸收范圍的光，這樣，可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率、減薄吸收層厚度，不容易發(fā)生光衰退，大大縮短制備時間，降低成本。
文檔編號H01L31/076GK2593368SQ0229464
公開日2003年12月17日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者耿新華, 趙潁, 薛俊明 申請人:南開大學(xué)