專利名稱：一種納米晶/非晶硅兩相薄膜太陽電池的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽電池的制備方法，特別是一種結合子注入技術制造納米晶/非晶 硅兩相納米硅薄膜太陽電池的制備方法，用于光伏技術和半導體技術領域。
背景技術：
目前在太陽能電池制造業中，晶體硅和多晶硅太陽電池在市場所占份額在80%以上。 由于硅材料的短缺和價格的居高不下，導致體硅太陽電池的制造成本始終處于高位，加之 體硅的生產過程中能源消耗高，對環境造成的污染嚴重，為此發展薄膜太陽電池勢在必行。 目前硅基薄膜太陽電池的生產主要基于非晶硅薄膜材料，非晶硅薄膜具有沉積溫度低，可 在玻璃、柔性襯底上大面積制備，改進后的非晶硅薄膜太陽電池具有低成本，低能耗，低 污染的特點，但由于其光熱穩定性差(S-W效應)，轉換效率低，制約了非晶硅薄膜太陽 電池的發展。
納米晶/非晶硅兩相薄膜薄膜是近十多年來隨著納米硅科學技術的發展而興起的一' 種人工功能半導體材料。利用納米晶/非晶硅兩相薄膜制備太陽能電池，既有非晶硅以上 的特點，但克服了非晶硅太陽電池的s-w效應，從而體現出獨特的優勢。然而目前制備納 米晶/非晶硅兩相薄膜太陽電池中p和n層都是利用ra3/ SiH4, BH 3/SitV混合氣體做反應 氣體，從而實現B和P的摻雜。由于在PECVD (等離子增強氣相沉積方法)沉積過程中B 和P的摻雜效率較低， 一般制備工藝中的^3/ SiH4， BH 3/SiH4的比利要高達1%，所以薄 膜中雜質含量高，導致載流子的遷移率低，收集效率低，太陽電池的效率低。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種納米晶/非晶硅兩相薄膜 太陽電池的制備方法，通過控制離子注入能量和劑量以及納米晶/非晶硅兩相薄膜層的厚 度實現對太陽電池性能的優化，有效提高了太陽電池的效率。
本發明采用的技術方案是包括如下步驟
(1) 襯底清洗選用玻璃襯底，利用氨水/雙氧水/去離子水=1: 1: 5對玻璃表面進 行清洗，再用去離子水清洗，氮氣吹干；
(2) 減反膜SiN的制備利用PECVD沉積SiN薄膜；
(3) 正面電極的形成用射頻濺射工藝在電池的正面沉積一層ITO透明導電薄膜，
(4) 在IT0/玻璃襯底上利用PEVD制備氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜；(5)利用B離子注入，B離子注入能量在200 250 keV、劑量在1 X 1017 4X 1017/cm2' 形成P型層；
(6) 利用P離子注入P離子注入能量在15 30keV，劑量在2X1017 5X1017/cm2' 形成N型層；
(7) 利用快速退火爐在氮氣保護下退火激活摻雜離子；
(8) 利用電子束蒸發的方法沉積鋁背電極；
(9) 利用快速退火爐在氮氣保護下退火。 本發明的有益效果是
1、 從納米晶/非晶硅兩相薄膜P型層和n型層的制備看，與通常利用SiH4/PH3，SiH4/BH3 氣體制備P型層和n型層相比，避免了有毒氣體磷烷和硼烷的使用。
2、 利用離子注入的方法，B、 P的摻雜激活率高；降低p和n層中的雜質俘獲中心， 提高電子和空穴的收集效率，降低接觸電阻，提高短路電流。
3、 摻雜劑量控制精確，從而降低薄膜中雜質濃度，降低電子，空穴的俘獲陷阱密度。 其次，從pin結構的形成看，由于氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜是一氣呵成，就不會出現 分室間斷生長出現的在層與層之間出現的一些過渡層，導致缺陷密度增加，從而降低載流 子的收集效率。
4、 氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜層是連續生長，避免了由于目前采用的三室沉積(分 別生長本征層，p型層和n型層)導致的各界面間的過渡層，從而界面態密度大大降低。 從太陽電池的制造設備看，PECVD設備可以從三室簡化成單室PECVD設備。
具體實施例方式
本發明具體按下面步驟實施
1、 方法是選用玻璃襯底，清洗襯底利用氨水/雙氧水/去離子水=1: 1: 5對玻璃表面 進行清洗，再用去離子水清洗，氮氣吹干。
2、 利用PECVD沉積減反膜SiN薄膜。
3、 用射頻濺射工藝在電池的正面沉積一層IT0透明導電薄膜，形成正面電極，該透 明導電薄膜既起到電極的作用，又起到了光學減反射的作用。
4、 在IT0/玻璃襯底上利用PEVD制備氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜。
5、 利用B離子注入，形成P型層，根據納米晶/非晶硅兩相薄膜的厚度，改變B的注 入能量。其中B離子注入能量在200 250 keV，和劑量在1X 1017 4X 1017/(^2左右
6、 利用P離子注入，形成N型層，其中P離子注入能量在15 30keV，劑量在2X1017 5X1017 /，2左右。
7、 利用快速退火爐在氮氣保護下退火激活摻雜離子。
8、 利用電子束蒸發的方法沉積鋁背電極。該鋁層既起到電極的作用，也起到反射的 作用，增強光在薄膜的中的吸收。
9、 利用快速退火爐在氮氣保護下退火來提高電極和N型層的歐姆接觸，降低串聯電 阻。
實施例
制備玻璃/111)/ +-^-51/1-nc-Si/N+-nc-Si/Al結構的太陽電池，采用上述的步驟(l) 進行化學預處理；采用步驟(2)沉積ITO透明導電膜；樣品加熱到200。C，濺射氣體為氬 氣和氧氣，氬氣和氧氣的分壓比是10: 1，總壓強是0.5Pa，濺射功率密度是40 mW/cm2 濺射沉積時間是40分鐘，薄膜厚度約80 nm。采用步驟(3)制備厚為600 nm的納米硅 薄膜；具體工藝條件是沉積系統的本底真空是5X10—5 Pa。反應氣體為硅烷和氫氣混合 氣體，硅烷和氫氣的流量比是10: 1，總流量是120sccra，工作壓強是80Pa。功率是330 W，沉底溫度是280 。C，沉積時間5小時，膜厚是600 nm。采用步驟(5)，制備摻雜發射 層，B的注入能量是200 keV，注入劑量是2X 1017 /cm2，形成一層厚60 nm p+-nc-Si發射 層。采用步驟(6)制備摻雜收集層，P的注入能量是30 keV，注入劑量是3X10"/cm2， 形成一層厚約50 nm n+-nc-Si發射層。釆用步驟(7)在700 °C氮氣氣氛下進行退火60秒。 采用步驟(8)蒸發沉積IOO nm厚的鋁層，作為背電極。采用步驟(9)在400 °C氮氣氣 氛下進行退火15秒。
本實施例的效果是最后進行電池的性能測試，在細1.5， 100mW/c^標準光強的造射 下，該實施例一所制備的2 cmX 2 cm納米晶/非晶硅兩相薄膜太陽電池的開路電壓V。。為 0.61 V，短路電流Jsc為26. 5 mA/cm2，填充因子FF為70%，效率為11.9%。
權利要求
1、一種納米晶/非晶硅兩相薄膜太陽電池的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)襯底清洗選用玻璃襯底，利用氨水/雙氧水/去離子水＝1∶1∶5對玻璃表面進行清洗，再用去離子水清洗，氮氣吹干；(2)減反膜SiN的制備利用PECVD沉積SiN薄膜；(3)正面電極的形成用射頻濺射工藝在電池的正面沉積一層ITO透明導電薄膜，(4)在ITO/玻璃襯底上利用PEVD制備氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜；(5)利用B離子注入B離子注入能量在200～250keV、劑量在1×1017～4×1017/cm2，形成P型層；(6)利用P離子注入P離子注入能量在15～30keV，劑量在2×1017～5×1017/cm2，形成N型層；(7)利用快速退火爐在氮氣保護下退火激活摻雜離子；(8)利用電子束蒸發的方法沉積鋁背電極；(9)利用快速退火爐在氮氣保護下退火。
全文摘要
本發明公開了一種納米晶/非晶硅兩相薄膜太陽電池的制備方法，包括對玻璃表面進行清洗；利用PECVD沉積SiN薄膜；在電池的正面沉積一層ITO透明導電薄膜，在ITO/玻璃襯底上制備氫化納米晶/非晶硅兩相薄膜；利用B離子注入能量在200～250keV、劑量在1×10<sup>17</sup>～4×10<sup>17</sup>/cm<sup>2，</sup>形成P型層；利用P離子注入能量在15～30keV，劑量在2×10<sup>17</sup>～5×10<sup>17</sup>/cm<sup>2，</sup>形成N型層。本發明避免了有毒氣體磷烷和硼烷的使用，B、P的摻雜激活率高；降低p和n層中的雜質俘獲中心，提高電子和空穴的收集效率，降低接觸電阻，提高短路電流。
文檔編號H01L31/18GK101414650SQ200810235538
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者丁建寧, 袁寧一 申請人:江蘇工業學院