一種Si基柔性不銹鋼結(jié)構(gòu)太陽電池及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種太陽電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種加入保護(hù)層的Si基柔性襯底的薄膜太陽能電池及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅晶體的第一代太陽能電池由于其轉(zhuǎn)化效率高在目前的工業(yè)生產(chǎn)和市場上處于主導(dǎo)地位。但是由于需要消耗大量的原材料，成為太陽能電池發(fā)展的主要障礙。為了節(jié)約原材料，進(jìn)一步推進(jìn)太陽能電池的發(fā)展，薄膜太陽能電池成為近些年太陽能電池的研究熱點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)采用剛性材料和鋼化玻璃材料作為基底，這限制其使用范圍。隨著太陽能電池成本越來越低，該種電池越來越多的進(jìn)入民用領(lǐng)域，例如屋頂、書包和帳篷等等，作為一種便攜電源，這就要求其具有柔性的襯底。
[0004]柔性襯底薄膜太陽能電池時(shí)指在柔性材料即聚酰亞胺(PI)或柔性不銹鋼的制作的薄膜太陽能電池，由于其攜帶輕便、重量輕以及不易粉碎的優(yōu)勢，且其獨(dú)特的使用特性，從而具有廣闊的市場競爭力。
[0005]目前，技術(shù)相對成熟的薄膜太陽能電池大多都是硅基材料，其PIN層一般都是非晶或者微晶硅(Si)薄膜。非晶或者微晶硅(Si)薄膜又稱無定型硅，就其微觀結(jié)構(gòu)來看，是短程有序但是長程無序的不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包含大量的懸掛鍵和空位等缺陷。其次由于非晶或者微晶硅(Si)薄膜帶隙寬度在1.7eV左右，但是普通的薄膜太陽能抗腐蝕性能較差，影響其使用壽命，使其太陽能電池的光致性能穩(wěn)定性較差。使薄膜太陽能電池的市場競爭力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種解決了薄膜太陽能電池抗腐蝕性能差的原理，提高了薄膜太陽能電池的使用壽命的Si基柔性不銹鋼結(jié)構(gòu)太陽電池及制備方法。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0008]—種Si基柔性不銹鋼結(jié)構(gòu)太陽電池，從上到下依次包括金屬Ag電極、ITO透明導(dǎo)電薄膜、N型Si晶體薄膜、本征I型納米晶硅薄膜作為中間層、P型納米晶硅薄膜、GZO透明導(dǎo)電薄膜、BCN薄膜絕緣層、金剛石保護(hù)薄膜絕緣層和不銹鋼柔性襯底。
[0009]—種Si基柔性不銹鋼結(jié)構(gòu)太陽電池制備方法，在不銹鋼柔性襯底依次制備金剛石保護(hù)薄膜絕緣層、BCN薄膜絕緣層、GZO透明導(dǎo)電薄膜、P型納米晶硅薄膜、本征I型納米晶硅薄膜作為中間層、N型Si晶體薄膜、ITO透明導(dǎo)電薄膜和金屬Ag電極。
[0010]進(jìn)一步地，制備金剛石保護(hù)薄膜絕緣層，將不銹鋼柔性襯底基片先用離子水超聲波清洗5分鐘后，用氮?dú)獯蹈伤腿隤ECVD反應(yīng)室，在8.0X10 4Pa真空的條件下，沉積制備金剛石抗腐蝕絕緣層，其工藝參數(shù)條件是:氫氣與甲烷作為混合氣體反應(yīng)源，其氫氣與甲烷流量比20:1，襯底溫度為300°C?500°C，沉積時(shí)間為10分鐘至20分鐘。
[0011]進(jìn)一步地，BCN薄膜絕緣層的制備，采用磁控濺射反應(yīng)室沉積制備，其工藝參數(shù)條件是:氮?dú)夂图淄樽鳛榛旌蠚怏w反應(yīng)源，其氮?dú)饧淄榱髁勘?:1，反應(yīng)濺射硼靶材的純度為99.99%，襯底溫度為100°C?200°C，沉積時(shí)間為30分鐘至I個(gè)小時(shí)。
[0012]進(jìn)一步地，GZO基透明導(dǎo)電薄膜采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，向反應(yīng)室中通入氬氣攜帶的三甲基鎵和二乙基鋅以及氧氣，其流量比為1:5:40?1:7:50，沉積溫度為100°C?600°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.8Pa?1.2Pa，沉積時(shí)間為10分鐘?20分鐘。
[0013]進(jìn)一步地，制備P型納米晶硅薄膜；其工藝參數(shù)條件是:采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3，其流量分別為Ar稀釋的SiH4S 4?7sccm，為H2稀釋的PH3為I?8sccm，氫氣流量為30sccm?80sccm，沉積溫度為250°C?600°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.8Pa?1.2Pa，沉積時(shí)間為30?80分鐘。
[0014]進(jìn)一步地，制備本征I型納米晶硅薄膜；其工藝參數(shù)條件是:采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2，其流量分別為Ar稀釋的SiH4S 4?7sccm，氫氣流量為30sccm?80sccm，沉積溫度為250°C?600°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.8Pa?1.2Pa，沉積時(shí)間為30?80分鐘。
[0015]進(jìn)一步地，制備N型納米晶硅薄膜；其工藝參數(shù)條件是:采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H 2稀釋的B 2H6，其流量分別為Ar稀釋的SiH4S 4?7sccm，為H2稀釋的B 2H6為I?8sccm，氫氣流量為30sccm?80sccm，沉積溫度為250°C?600°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.8Pa?1.2Pa，沉積時(shí)間為30?80分鐘。
[0016]進(jìn)一步地，采用磁控濺射制備ITO基透明導(dǎo)電薄膜；其工藝參數(shù)條件是:氧氣氣作為氣體反應(yīng)源，其氧氣流量為10?20SCCm，反應(yīng)濺射銦金屬靶材的純度為99.99%,襯底溫度為50°C?150°C，沉積時(shí)間為3?10分鐘。
[0017]進(jìn)一步地，采用磁控濺射制備制備金屬Ag電極，其工藝參數(shù)條件是:氬氣作為氣體反應(yīng)源，其氬氣流量為10?20SCCm，反應(yīng)濺射銀金屬靶材的純度為99.99%,襯底溫度為50°C?400 °C，沉積時(shí)間為3?10分鐘。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本發(fā)明采用金剛石薄膜與BCN相結(jié)合的原理，解決了薄膜太陽能電池抗腐蝕性能差的原理，提高了薄膜太陽能電池的使用壽命，所以該方法下沒有明顯的薄膜損壞現(xiàn)象。不但提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，而且提高了太陽能電池的光致性能的穩(wěn)定性。增大了市場競爭力。且在Ag背電極和Si基薄膜之間加入金剛石薄膜與BCN薄膜，進(jìn)一步增加了腐蝕性能，使太陽電池壽命更長。所采用的襯底為柔性襯底的不銹鋼等，此柔性太陽能電池最大的特點(diǎn)是重量輕、攜帶方便、不易粉碎采用了 GZO透明薄膜作為透明導(dǎo)電電極，增加了薄膜太陽能電池的透光率同時(shí)提高了透明電極的耐腐蝕性能，使得薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了很大的提高。采用金剛石薄膜與BCN薄膜作為絕緣層，既增加了傳統(tǒng)薄膜電池的抗腐蝕性能，又使其晶格失配率相差很小，可以制備出質(zhì)量均勻的GZO電極。采用BCN作為絕緣層，其晶格失配率相差很小，可以制備出質(zhì)量均勻的Ag背電極。該柔性電池具有優(yōu)異的柔軟性，重量輕，攜帶方便，具有潛在的市場空間。而且制備工藝簡單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池的制備結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池的制備流程圖；
[0021]圖3本征I型納米晶娃薄膜的Raman譜線；
[0022]圖4本征I型納米晶硅薄膜的XRD譜線；
[0023]圖5本征I型納米晶硅薄膜的原子力顯微鏡圖片；
[0024]圖6為金剛石薄膜的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明樣品的結(jié)晶性能測試為X射線衍射分析，其中X射線衍射分析所用儀器的型號(hào)為:Bruker AXS D8。
[0027]本發(fā)明中采用RENISHAW in Via Raman Microscope光譜儀測試沉積薄膜的Raman光譜，激光光源為632.8nm的Ne-He激光器，激光功率為35mW，分辨率為2 μ m，
[0028]本發(fā)明利用的原子力顯微鏡(AFM)的型號(hào)是Picoscan 2500，產(chǎn)于Agilent公司。在正常室溫的測試條件下對薄膜樣品的形貌進(jìn)行了測試與分析。樣品的測試分析區(qū)域是2 μ mX 2 μ mD
[0029]本發(fā)明中制備的金剛石膜表面形貌采用日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-6360LV型掃描電鏡分析樣品的表面形貌和晶體形態(tài)，其加速電壓為0.5?30kV，高真空模式下的二次電子分辨率為3nm，低真空模式下的二次電子分辨率為4nm，放大倍數(shù)為8?30萬倍
[0030]實(shí)施例1
[0031]參見圖1結(jié)合圖2，
[0032](I)、將不銹鋼柔性襯底基片先用用離子水超聲波清洗5分鐘后，用氮?dú)獯蹈伤腿隤ECVD反應(yīng)室，在8.0X 10 4Pa真空的條件下，沉積制備金剛石抗腐蝕絕緣層。其工藝參數(shù)條件是:氫氣與甲烷作為混合氣體反應(yīng)源，其氫氣與甲烷流量比20:1，襯底溫度為300°C，沉積時(shí)間為10分鐘。
[0033](2)、然后送入磁控濺射反應(yīng)室沉積制備BCN絕緣層。其工藝參數(shù)條件是:氮?dú)夂图淄樽鳛榛旌蠚怏w反應(yīng)源，其氮?dú)饧淄榱髁勘?:1，反應(yīng)濺射硼靶材的純度為99.99%，襯底溫度為100 °C，沉積時(shí)間為30分鐘。
[0034](3)、然后制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜；其工藝參數(shù)條件是:采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(ECR-PEM0CVD)，向反應(yīng)室中通入氬氣(Ar)攜帶的三甲基鎵(TMGa)和二乙基鋅(DEZn)以及氧氣(O2)，其流量比為1:5:40，沉積溫度為100°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.8Pa，沉積時(shí)間為10分鐘。
[0035](4)、制備P型納米晶硅薄膜；其工藝參數(shù)條件是:采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(ECR-PEM0CVD)，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H 2稀釋的PH3,其流量分別為Ar稀釋的SiH4S 4sCCm，S