專利名稱：基于氫化硅的薄膜本征層、薄膜太陽能電池及制造方法
技術領域：
本發明涉及太陽能光電轉換器件及方法，尤其涉及基于氫化硅的薄膜本征層(i層)、包括該i層的薄膜太陽能電池及其制造方法。
背景技術：
太陽能光伏發電是獲得有利于環境的可再生能源的重要途徑之一。近年來太陽能光伏產業在全球突增猛進，尤其是傳統成熟的晶體硅的光伏組件的生產加工行業迅速發展。但是，嚴峻的晶硅原料的短缺對這一陽光產業的進一步成長形成巨大障礙。因此，尋找晶硅替代材料或減少對晶硅的依賴成為太陽能電池企業面臨的緊迫問題。從太陽能光電產業發展的總體角度看，擺脫對晶硅的過于嚴重的依賴才是長久之策。薄膜晶體硅太陽能電池目前尚未突破大規模生產的技術瓶頸。因此，包括氫化非晶硅(俗稱非晶硅)和納米硅(納米晶硅)的被統稱為薄膜硅的薄膜太陽能電池獲得了難得的發展機遇。薄膜太陽能電池代表著光伏技術的發展趨勢。氫化硅是薄膜太陽能技術的首選光電轉換材料。非晶硅太陽能電池的制備工藝相對簡單方便，設備完善可靠，便于大面積生長，成本低，不使用或排放對環境有害的物質，且無原料瓶頸，在所有薄膜光伏技術中最成熟且最有竟爭力。非晶硅薄膜已被廣泛應用于平板顯示器、光伏技術、傳感器、和探測器等領域。目前非晶硅薄膜太
陽能電池占全球太陽能電池總產量的10%左右。
非晶硅薄膜光伏模板(俗稱太陽能電池或光伏組件)的最大市場優勢是
其不可比擬的低成本大規模生產過程，節省能源，原材料消耗較低，且產品的單位成本隨生產量增高而便于降低。氫化非晶硅(簡稱非晶硅)通常由某種化學氣相沉積法(CVD)形成，例如輝光放電，即等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)。非晶硅光電轉換器件的一個重要特征，是使用成熟可靠的良好工業鍍膜設備和程序，通過在大面積廉價基板(襯底)上均勻地沉積硅半導體和電接觸膜層，來同時達到降低生產成本和提高器件性能的目的。施加于在同 一玻璃基板上的不同薄膜的激光劃線成型工藝，使多個太陽能電池元件在薄膜沉積和處理過程中直接形成整體內串聯式(集成式)的大面積光伏模板，
減少了加工步驟也改善了產品的可靠性。大于1平方米(m"的非晶硅薄膜光伏模板已經被批量化的生產并成功地應用于各類太陽能光電工程中。制造中較低的溫度在26(TC以下，能量消耗遠小于晶體硅太陽能電池的制造。多種材料包括價格低廉的塑料薄片可被用作襯底(基板)，做出低成本的輕便的柔性光伏產品。另外，這類光伏板生產的原材料相對充足易得。且整個生產過程不采用也不釋放出對人體或環境有害的物質。非晶硅具有 一到兩年之間的比較短的能量回報周期，是所有太陽能產品中最節能的種類，有利于可持續的產業發展。
電壓高，充電性能好，弱光性能好。這些特點，使得非晶硅光伏產品在某些領域相比于晶體硅電池具有很好的性價比。良好的弱光性能使得 一夂晶硅光伏模板相比晶體硅組件在相同標定功率，相同環境的條件下，可以發出更多的電能。非晶硅的電壓隨光強的變化不大，同樣情況下晶體硅電池在20mw/cm2的光照條件下只有非晶硅電池開路電壓的一半。非晶硅的弱光性能和電壓高的優點，從實際的測量結果來說，相同標定功率的非晶硅模板和晶體硅組件相比，每年能夠多產出10%-20%的電能.特別對于陰雨天較多的地區，效果會更加明顯。在達到穩定輸出功率以后，非晶硅太陽能模板的負溫度特性就會表現出來，在夏季的時候，輸出功率高于冬天的輸出功率。
雖然非晶硅薄膜太陽能電池具有上述低成本及實際應用中的優點，但是相比于傳統晶體硅(硅片)光伏器件，其光電轉換效率明顯偏低。這是兩個因素決定的首先本征(未摻雜)非晶硅具有很高的電子缺陷密度，載流子的遷移率和壽命都很低，極大程度地限制了對光致載流子的收集。同樣重要的
是，非晶硅太陽能電池存在光致衰減效應的缺點光電轉換效率會隨著光照時間的延續而衰減。非晶硅太陽能電池的穩定性隨著電池吸收層的厚度(初始轉換效率)的增大而降低。較高的初始轉換效率往往隨光照時間而大幅度衰退，使其應用受到極大的限制。這些缺點嚴重影響了非晶硅光伏器件的發展速度和市場接受力。
基于薄膜硅的p-i-n型器件的光電轉換過程完全發生在由本征非晶硅或納米硅構成的i層之中，而p層和n層的作用是在相對厚的i層中建立內置電場，以便收集i層中產生的光致載流子。非晶硅p-i-n型太陽能電池的穩定性，幾乎完全取決于非摻雜的非晶硅i層的穩定性。這類電池的初始光電轉換效率隨著i層厚度的增加而提高(厚度不超過1微米)，但非晶硅電池所具
有的光致衰減也隨i層厚度的增加而更為明顯，特別是當普通p-i-n型太陽能電池的非晶硅i層厚度超過300納米時。也就是說，非晶硅太陽能電池轉換效率和穩定性不易兼得，從而極大的限制了這類電池的應用。因為穩定的硅薄膜太陽能電池的轉換效率通常比較低， 一個流行的方法就是采用多結電池技術，也就是將兩個或更多個基于氫化硅的p-i-n型太陽能電池(光伏單元)重疊在一起。每一個p-i-n光伏單元中的i層(吸收層)可以是非晶硅或具有比非晶硅能帶隙小的材料，包括非晶硅鍺合金和納米硅(納米晶硅，亦俗稱為微晶硅)。但是采用這種多結電池的技術具有諸多缺點，包括器件結構復雜、生產工序難以掌握、設備及生產成本偏高，所以很難被大規模的應用到太陽能發電中。而且每一個光伏單元的i層仍需具有良好的光電特性及穩定性。所以很有必要尋求一種改善i層的穩定性的鍍膜方法，使其改進p-i-n型非晶硅太陽能電池的穩定性和轉換效率。
引起非晶硅光致衰退的主要原因是由于非晶硅中原子網絡無序，有很多高度扭曲的易于被打破的原子鍵，而這種鍵的斷裂是引起電子缺陷密度在光照下增長的直接原因，其根本解決辦法是減少這種無序材料中的內應力，也就是減少被高度扭曲的原子鍵的密度。通常的生長非晶硅的方法是使用 一組固定的等離子體參數，使得所生長的薄膜自始至終都在一個特定的條件下連續形成。所以即使在PECVD過程中，使用氫氣高度稀釋的硅烷，等離子體激發的氫原子也沒有足夠的機會不斷改善所形成的硅原子結構。
非晶硅及納米硅生長的主要原材料為硅烷(SfflU)，并通過在硅烷摻雜含硼氣體(比如乙硼烷B2H6)或含磷化氫(PH3)氣體，在低成本基板上(玻璃、聚合物)低溫獲得非摻雜(本征)及摻雜型的半導體薄膜。當今流行的生產高質量氫化非晶硅薄膜的PECVD方法是使用大量氫氣(H2)將硅烷(SiH4)高度稀釋。在源氣體混合物中，氫氣的濃度往往高于90%。在這個高度氫氣稀釋的PECVD過程中，在較高放電功率和很高的氣體流速下形成的非晶硅薄膜，具有相對改進的光照穩定性。H2對SiH4的流量比(氫氣稀釋比)，取決于具體設備和其它沉積參數，如氣壓，電極的間距，激發功率的大小(功率密度)等，通常在5-100之間。所以，重度氫稀釋PECVD過程中形成非晶硅薄膜的條件包括很高的以氫氣為主的源氣體混合物的流速。傳統觀點認為氬原子(原子氫)和/或卣族元素與沉積表面的化學反應及性質有關("局部化學平衡"，"表面下化學退火"，或"選擇刻蝕"等模型)，因此氫稀釋度可以影響改變硅薄膜的生長過程。高氬稀釋法的另一個解釋牽涉到"氫原子覆蓋率"，在該機制中，由于氫在生長薄膜表面的覆蓋率更高，生長原物質在表面的擴散較快，從而生成更穩定的硅組織。
但是氫稀釋PECVD生長非晶硅的手段有諸多缺點費時間(低生長率)、高成本(大量消耗高純度氫氣)、較難控制，且重復性不好，特別是很難在大面積的襯底或基板上(比如大于1平方米)得到滿意的均勻性。而且，這種方法產生的硅材料的性質，隨著薄膜的厚度而改變，非晶硅可以漸漸"進化"成混合型或納米硅(納米晶硅)，而納米晶硅的晶化程度亦隨沉積時間而改變。由于受沉積時間或薄膜厚度的影響，結晶度很難控制。還有，高濃度的氫原子對先前沉積膜層的沖擊，不利于低缺陷界面的形成。特別是，納米硅對于雜質非常敏感，很不利于低成本地生產太陽能電池。.上述問題使得對制作非晶硅和/或納米硅薄膜功能器件的控制力打了極大的折扣。
還有一種材料是在高度氫氣稀釋狀態下形成的，非晶硅的另 一種形態，
它非常接近于納米硅，叫做proto-crystalline即晶化前期硅。在這里我們稱之
為準納米硅ac-Si。與普通的非晶硅相比，準納米硅的穩定性是卓越的，而
且會是p-i-n型太陽能電池中的一種極佳i層材料。但問題是，準納米硅的i
層的厚度生長不能超過30-50納米，否則它將演化成納米硅。這將會導致i
層中包含一種非晶硅和納米硅的混合狀態轉換層。這種i層會生產出低功率
的太陽能電池。所以，盡管準納米硅有優良的特性，但還是沒有成功的運用于薄膜硅太陽能電池中。
現在急需一種更好的、更簡便可靠的PECVD方法來制造基于非晶硅薄膜的光伏吸收層(.i層)，大大地改善其光伏器件的穩定性。在薄膜硅光伏電池技術的快速商業化的驅動下，這種需求變得更加明顯。
為了使本領域技術人員對本發明有更加徹底的了解而進行了上述介紹。但上述介紹未必一定屬于本領域的現有技術，而是可以屬于本發明的一部
發明內容
基于上述考慮，本發明的一個目的是提供一種新型的基于非晶硅薄膜的光伏吸收層(i層)，從而改善光伏器件的穩定性。本發明的另一目的是提供一種太陽能電池，其包括根據本發明的基于氬化非晶硅薄膜的i層，從而改善穩定性(亦即長久轉換效率)。
本發明的再一目的是提供一種改進的制造氫化非晶硅薄膜的方法，從而改進氫化非晶硅薄膜的穩定性和光電性能。
根據本發明的示例性實施例，在使用等離子體增強化學氣相沉積法
(PECVD)生成p-i-n型非晶硅太陽能電池時，非晶硅吸收層亦即i層具有超晶格(superlattice)結構，超晶格由兩組交替形成的子層構成。例如，根據本發明的i層可由具有不同比例的氫氣對硅烷的混合氣體交替沉積而成。它們的厚度可介于2—26納米左右，并分別在高度和中度的氫氣稀釋的硅烷條件下完成。
由于超薄非晶硅子層周期性的介入，厚度小于30納米的準納米硅將沒有機會轉化為納米硅(或者是混合狀態的硅)，因而避免在高度氫氣稀釋狀態下連續沉積硅薄膜時的結晶問題。
在使用等離子體增強化學氣相沉積法生成氫化非晶硅的過程中，氫氣對硅烷的稀釋率周期性地被提高到 一個足以很快的導致晶化的程度。在高氫化稀釋率下的準納米硅子層的生長被限制在一個相對小的厚度內(小于晶化硅
轉化所需的厚度)，它的生長被下 一 個在中低度氫氣稀釋狀態下形成的非晶硅子層的沉積打斷。伴隨著幾個納米厚的非晶硅子層的是10-20nm厚的準納米硅。非晶硅子層和準納米硅子層的循環重復構成了完整的非摻雜的硅i層。
這種材料的極佳穩定性特別適用于p-i-n型光伏器件中的i層。
根據本發明的 一方面， 一種薄膜本征i層包括如下兩組交替疊加的子層
非晶硅子層；以及準納米硅子層。
根據一示例性實施例，薄膜本征i層中各非晶硅子層的厚度在2 - 8納米之間。
根據一示例性實施例，薄膜本征i層中各準納米硅子層的厚度在5-26納米之間。
根據一示例性實施例，薄膜本征i層中各非晶硅子層的厚度在3 - 5纟內米之間。各準納米硅子層的厚度在11 - 13納米之間。
根據一示例性實施例，薄膜本征i層中第一個和最后一個子層可以是非晶硅子層和/或準納米硅子層。
根據一示例性實施例，薄膜本征i層的厚度介于60-600納米之間。根據本發明的另一方面，提供一種單結或多結的p-i-n型太陽能電池，
其中包括至少 一個根據本發明的薄膜本征i層。
根據一示例性實施例，基于薄膜硅的p-i-n型太陽能電池中所述至少一 個基于氫化硅的薄膜本征i層的厚度介于60-600納米之間。
根據本發明的再一方面，提供一種制造基于氫化硅的薄膜本征i層的方 法，包括如下兩個交替進行的步驟從而形成兩組交替疊加的子層生成非晶 硅子層；以及生成準納米硅子層，其中生成的所述非晶硅子層和所述準納米 硅子層交替疊加。
根據一示例性實施例，該方法中所形成的該非晶硅子層的厚度在2-8
納米之間。該準納米硅子層的厚度在5-26納米之間。
根據一示例性實施例，該方法利用硅烷和氫氣的混合氣體作為源氣體。 根據一 示例性實施例，該方法采用PECVD工藝進行。 根據一示例性實施例，該方法生成非晶硅子層時所述混合氣體中硅烷對
氬氣的比例在1:2到1:16之間，優選地為1:10。
根據一示例性實施例，該方法中非晶硅子層的生長速率不高于15納米/
分鐘。根據再一實施例，非晶硅子層的生長速率不高于9納米/分鐘。
根據一示例性實施例，該方法中生成準納米硅子層時所述混合氣體中硅
烷對氫氣的比例在1:20到1:80之間，優選地為1:40。
根據一示例性實施例，該方法中準納米硅子層的生長速率不高于8納米
/分鐘。根據再一實施例，準納米硅子層的生長速率低于5納米/分鐘。 根據一示例性實施例，該方法中反應室內的氣壓在0.6-6 mbar之間。 沖艮據一示例性實施例，該方法中反應室內的氣壓在1.5-2.7 mbar之間。 根據本發明的示例性實施例，在兩個交替進行的步驟之間，等離子體放
電過程不被中斷，氫氣的流量也保持恒定，而僅周期性地將硅烷氣體的流量
進行調節，從而達到所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例的調制。
根據本發明的示例性實施例，兩組交替疊加的子層通過交替連續沉積而成。
根據本發明的又一方面，提供一種制造基于氬化硅的薄膜本征i層的方 法，其中該方法采用電容偶合式PECVD工藝進行，源氣體為硅烷和氫氣的 混合氣體，基板溫度保持在150—240。C之間，使用20-100 mW/cm2的射頻 放電功率密度，反應室內的氣壓在0.6-6 mbar之間，生成非晶硅子層時所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在1:2到1:16之間，其中生成準納米硅子層時 所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在1:20到1:80之間，非晶硅子層和準納 米硅子層的生長速率分別為不高于15納米/分鐘和不高于8納米/分鐘，厚 度分別在2-8納米之間和5-16納米之間。
根據本發明的一方面，提供一種制造基于氫化硅的薄膜本征i層的方法， 其中該方法采用電容偶合式PECVD工藝進行，源氣體為硅烷和氫氣的混合 氣體，基板溫度保持在150—240。C之間，使用20-100 mW/cn^的射頻放電 功率密度，反應室內的氣壓在1.5-2.7 mbar之間，生成非晶硅子層時所述混 合氣體中硅烷對氫氣的比例在l:2到1:16之間，其中生成準納米硅子層時所 述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在1:20到1:80之間，非晶硅子層和準納米 硅子層的生長速率分別為9納米/分鐘和5納米/分鐘，厚度分別為4納米和 12納米。
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行更為詳細的說明。
通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其它特征及優 點將變得更加明顯，附圖中
圖1顯示了根據本發明示例性實施例的具有超晶格結構i層的p-i-n型太 陽能電池的層狀結構。
具體實施例方式
現在將參照附圖更完整地說明本發明，附圖中示出本發明的示例性實施 例。然而，本發明能夠以很多不同方式實施，并且不應解釋為局限于這里提 出的實施例；相反，提供這些實施例是使得本公開更徹底而完整，并向本領 域技術人員充分傳達本發明的范圍。為清晰起見，圖中層的厚度和區域被放 大。相似的附圖標記始終表示相似的元件。
圖1是根據本發明示例性實施例的具有超晶格i層的p-i-n型太陽能電池 的層狀結構。
參照圖1，根據本發明示例性實施例的非晶硅太陽能電池包括玻璃基 板20;由透明導電氧化物(TCO),如二氧化錫構成的透明導電前電極30; 置于前電極和隨后沉積的硅薄膜之間的接觸層40,該層也起到抗反射的作用； 一個例如為硼摻雜的非晶硅碳(a-SiC)的寬帶隙的非晶硅合金p層50;可 以是非摻雜的或微量硼摻雜的基于非晶硅的緩沖層60;基于非晶硅的i層70 (吸收層)；磷摻雜的非晶硅或者納米硅n層80;通常是ZnO(氧化鋅)的透 明導電氧化物薄膜(TCO)90;及金屬薄膜(或者是多個不同金屬薄膜的疊層) 100。完整的太陽能電池還包括圖中被省略的封裝層和后護板。太陽光從玻 璃基板20這面進入太陽能電池。
根據該示例性實施例，基于非晶硅的i層70包括兩組子層，分別為準納 米硅(an-Si) 71和非晶硅(a-Si) 72。非晶硅子層和準納米硅子層的循環 重復構成了完整的非摻雜的硅i層。也就是說，層70是通過多個非晶硅子層 72與多個準納米硅子層71交替連續沉積而獲得的超晶格結構，其具有極佳 的穩定性，從而特別適用于p-i-n型光伏器件中的i層。
根據示例性實施例，準納米硅(an-Si)子層71的厚度為大約5 - 26納 米，優選為大約11-13納米；非晶硅(a-Si)子層72的厚度為大約2-8納 米，優選為大約3-5納米。
這兩組子層的順序可以互換，即71-72-71-72-71...，或72-71-72-71-72.... 第一個和最后一個子層可以是71或72。
這種由不同子層疊加而成的在薄膜生長方向上非均勻的i層具有良好的 光電轉換能力，且特別是有助于p-i-n型光伏器件的穩定性。
另外，根據本發明的示例性實施例的太陽能電池可以是單結p-i-n型太 陽能電池，或者也可以是多結p-i-n型太陽能電池。
下面以PECVD方法為例，示例性地說明根據本發明的基于氬化非晶硅 的p-i-n型太陽能電池中的i層70的形成工藝。
根據一示例性實施例，i層70通過使用兩個平行電極板的電容偶合式等 離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法形成。
在該示例性實施例中，源氣體為硅烷和氫氣的混合氣體。反應室內的氣 壓在大約0.6-6 mbar之間，優選地在大約1.5-2.7 mbar之間。基板溫度保持 在大約150—240。C之間，優選地在大約190-210。C左右。所使用的射頻放電 功率密度大約為20-100 mW/cm2，優選地在大約30-60 mW/cm2之間。負責 光電轉換的i層70通過兩個周期性交替進行的步驟由兩組交替疊加的子層形 成
1)生長準納來硅(an-Si)子層71,使用的氣體混合物中硅烷對氫氣的
ii比例在大約1:20到1:80之間，優選地為大約1:40，厚度為5-26納米，優 選地為大約11 _ 13納米或者接近12納米，且其生長速率不高于8納米/ 分鐘，優選地低于5納米/分鐘。
2)生長非晶硅(a-Si)子層72,使用的氣體混合物中硅烷對氫氣的比例在 大約1:2到1:20之間，優選地為1:10，厚度為大約2-8納米，優選地為大 約3-5納米或者接近4納米，其生長速率不高于大約15納米/分鐘，優選 地j氐于9納米/分鐘。
這兩組子層的形成順序可以互換，即71-72-71-72-71...,或 72-71-72-71-72....第一個和最后一個子層可以是71或72。
根據本發明的一示例性實施例， 一個最顯而易見的最干脆簡單的實施方 式是，在所述的兩個交替進行的子層生長步驟之間，等離子體輝光放電過程 不被打斷，氫氣的流量也保持恒定(或變化不大)，只是周期性地將硅垸和 氪氣混合氣體中的硅烷氣體的流量進行調節，達到該子層所需要的硅烷對氫 氣的比例的調制，從而導致周期性的氫氣對硅烷的稀釋度的變化，并周期性 地由不同的子層改變所沉積薄膜的特性。這個簡化的操作過程可獲得更高的 硅薄膜的有效沉積速率，排除子層之間的界面及相關的界面缺陷。這種做法 成本最低，且易于可靠地被投入到大規模生產過程中。
當然，本發明不限于PECVD方法。根據本發明的i層70也可以利用其 它類似方法形成。
根據本發明的示例性方法，在使用等離子體增強化學氣相沉積法 (PECVD)生成p-i-n型非晶硅太陽能電池時，非晶硅吸收層亦即i層具有超晶 格結構(superlattice)結構，超晶格結構由兩組交替形成的子層構成。由于超薄 非晶硅子層周期性的介入，厚度小于30納米的準納米硅將沒有機會轉化為 納米硅(或者是混合狀態的硅)，因而避免在高度氫氣稀釋狀態下連續沉積 硅薄膜時的結晶問題。
在使用等離子體增強化學氣相沉積法生成氫化非晶硅的過程中，氫氣對
硅烷的稀釋率周期性的被提高到 一個足以很快的導致晶化的程度。在高氫化 稀釋率下的準納米硅子層的生長被限制在一個相對小的厚度內(防止晶化硅
的轉化形成)，它的生長被下一個在中低度氫氣稀釋狀態下形成的非晶硅子 層的沉積打斷。伴隨著幾個納米厚的非晶硅子層的是5-26nm厚的準納米硅。 非晶硅子層和準納米硅子層的循環重復構成了完整的非摻雜的硅i層。這種材料的極佳穩定性特別適用于p-i-n型光伏器件中的i層。
以上描述了根據本發明實施例的基于氫化硅的薄膜i層、其形成方法以 及在薄膜太陽能電池中的應用。根據本發明的實施例，負責光電轉換的氫化 硅非晶硅薄膜i層通過交替進行的步驟由兩組交替疊加的子層形成，其具有 極佳的穩定性，從而改善了薄膜太陽能電池的穩定性。
盡管本發明參照其實施例進行了特定示出和描述，本領域技術人員能夠 理解，在不脫離本發明的權利要求及其等價物所定義的精神和范圍的情況下 可以進行形式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種薄膜本征i層，包括如下兩組交替疊加的子層非晶硅子層；以及準納米硅子層。
2. 如權利要求1的薄膜本征i層，其中各非晶硅子層的厚度在2 - 8納 米之間。
3. 如權利要求1的薄膜本征i層，其中各準納米硅子層的厚度在5 - 26 納米之間。
4. 如權利要求1的薄膜本征i層，其中各非晶硅子層的厚度在3 _ 5納 米之間，其中各準納米硅子層的厚度在11 - 13納米之間。
5. 如權利要求1的薄膜本征i層，其中第一個子層是非晶硅子層和準納 米硅子層中的任一個，且最后一個子層是非晶硅子層和準納米硅子層中的任 一個。
6. 如權利要求1的薄膜本征i層，其厚度介于60-600納米之間。
7. —種單結或多結的p-i-n型太陽能電池，其中包括至少一個根據權利 要求1 - 6中的任一項所述的薄膜本征i層。
8. —種制造薄膜本征i層的方法，包括如下兩個交替進行的步驟 生成非晶硅子層；以及生成準納米硅子層，其中生成的所述非晶硅子層和所述準納米硅子層交替疊加。
9. 如權利要求8的方法，其中該非晶硅子層的厚度在2-8納米之間。
10. 如權利要求8的方法，其中該準納米硅子層的厚度在5-26納米之間。
11. 如權利要求8的方法，其中該方法采用PECVD工藝進行。
12. 如權利要求9的方法，其中該方法利用硅烷和氫氣的混合氣體作為 源氣體。
13. 如權利要求12的方法，其中生成非晶硅子層時所述混合氣體中硅 烷對氫氣的比例在1:2到1:16之間。
14. 如權利要求13的方法，其中非晶硅子層的生長速率不高于15納米 /分鐘。
15. 如權利要求12的方法，其中生成準納米硅子層時所述混合氣體中 硅烷對氫氣的比例在1:20到1:80之間。
16. 如權利要求15的方法，其中準納米硅子層的生長速率不高于8納 米/分鐘。
17. 如權利要求12的方法，其中反應室內的氣壓在0.6-6 mbar之間。
18. 如權利要求12的方法，其中在所述的兩個交替進行的步驟之間， 等離子體放電過程不被中斷，氫氣的流量也保持恒定，而僅周期性地將硅烷 氣體的流量進行調節，從而達到所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例的調制。
19. 如權利要求8的方法，其中該方法采用電容偶合式PECVD工藝進 行，源氣體為硅烷和氫氣的混合氣體，基板溫度保持在150—240。C之間， 使用20-100 mW/cm2的射頻放電功率密度，反應室內的氣壓在0.6-6 mbar之 間，生成非晶硅子層時所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在l:2到1:16之間， 其中生成準納米硅子層時所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在1:20到1:80 之間，非晶硅子層和準納米硅子層的生長速率分別為不高于15納米/分鐘和 不高于8納米/分鐘，厚度分別在2-8納米之間和5-16納米之間。
20. 如權利要求8的方法，其中該方法采用電容偶合式PECVD工藝進 行，源氣體為硅烷和氫氣的混合氣體，基板溫度保持在150—240。C之間， 使用20-100 mW/cm2的射頻放電功率密度，反應室內的氣壓在1.5-2.7 mbar 之間，生成非晶硅子層時所述混合氣體中硅烷對氫氣的比例在l:2到1:16之 間，其中生成準納米硅子層時所述混合氣體中硅烷對氬氣的比例在1:20到 1:80之間，非晶硅子層和準納米硅子層的生長速率分別為9納米/分鐘和5 納米/分鐘，厚度分別為4納米和12納米。
全文摘要
本發明公開了一種基于氫化硅的薄膜本征層(i層)、包括其的薄膜太陽能電池及制造方法，改進了氫化非晶硅薄膜太陽能電池的穩定性。在使用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)生成的p-i-n型非晶硅太陽能電池中，非晶硅吸收層(i層)具有超晶格結構，超晶格中的每個2-26納米厚的子層硅膜的生長分別在氫氣中度和高度稀釋的硅烷條件下完成，從而使i層由多個非晶硅子層與多個準納米硅子層交替連續沉積而成。這種由不同子層疊加而成的非均勻的i層具有良好的光電轉換能力，特別是這種i層結構極有助于p-i-n型光伏器件的穩定性。
文檔編號H01L31/0376GK101556972SQ20081009163
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者李沅民, 楊與勝 申請人:福建鈞石能源有限公司