專利名稱：非晶硅鍺薄膜太陽電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光伏太陽電池，尤其是一種非晶硅鍺薄膜太陽電池。
背景技術：
在各種薄膜電池中，非晶硅(a_S1:H)薄膜太陽電池是開發(fā)最早、研究最多的薄膜電池。由于非晶硅薄膜材料本身帶隙較寬，對太陽光譜中長波光吸收不充分，限制了電池效率的進一步提高。為了解決這個問題，近年來人們廣泛開展了非晶硅鍺(a-SiGe:H)薄膜電池的研究工作，使得由非晶硅、非晶硅鍺等光伏薄膜材料所構成的柔性襯底硅基疊層薄膜太陽電池能夠廣泛應用于光伏發(fā)電和空間飛行器電源等領域?，F(xiàn)有技術的非晶硅鍺(a-SiGe:H)薄膜電池，通常是在柔性襯底上依次沉積背電極、N型非晶硅摻雜層、非晶硅鍺電池本征吸收層、非晶硅寬帶隙P型摻雜層和前電極；由于硅基薄膜電池結構中P層普遍采用寬帶隙的非晶碳化硅(a-SiC:H)或納米硅(nc-S1:H)，它們的帶隙寬度在2.0eV左右，因此導致非晶硅鍺薄膜電池中本征吸收層和P型摻雜層之間的界面失配增加。雖然人們采用了本征層帶隙漸變技術和在P/Ι界面添加非晶硅緩沖層技術等，非晶硅鍺薄膜電池在填充因子及轉換效率等方面仍然不令人滿意，仍有較大的改進空間。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。
發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術的非晶硅鍺薄膜電池中本征吸收層和P型摻雜層之間的界面失配等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種非晶硅鍺薄膜太陽電池。利用本發(fā)明，可有效地改善本征吸收層與寬帶隙P層之間的能帶和界面失配等問題，更有利于載流子的輸出和收集，從而提高電池的填充因子和轉換效率。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種非晶硅鍺薄膜太陽電池，該裝置包括:在柔性襯底上依次沉積背電極、N型非晶硅摻雜層、非晶硅鍺電池本征吸收層、非晶硅寬帶隙P型摻雜層、前電極；根據(jù)本發(fā)明，在非晶硅鍺電池本征吸收層和非晶硅寬帶隙P型摻雜層之間還包含有一個窄帶隙輕摻雜非晶硅P型緩沖層。該輕摻雜非晶硅P層的帶隙態(tài)密度小于I X IO15CnT3,帶隙寬度為1.7eV，厚度在Inm 5nm之間。本發(fā)明一種非晶硅鍺薄膜太陽電池，由于采取上述的技術方案，在非晶硅鍺本征層與寬帶隙P層之間添加一層帶隙極薄為1.7eV左右窄帶隙輕摻雜非晶硅P層作為緩沖層，由于該P層是輕摻雜的，而且采用傳統(tǒng)的P層制備條件，即其帶隙寬度相比P層納米硅窗口層帶隙要窄，它的摻入使得靠近Ι/P界面處產(chǎn)生的電子繼續(xù)保持在高的界面勢壘面前，限制了反向電流的產(chǎn)生，同時縮小了空穴所面臨的勢壘高度，使得產(chǎn)生的空穴更容易被收集到P層區(qū)域。因此本發(fā)明有效地改善本征吸收層與寬帶隙P層之間的能帶和界面失配等問題，更有利于載流子的輸出和收集，從而提高電池的填充因子和轉換效率。本發(fā)明的緩沖層同樣適用于微晶硅薄膜太陽電池，以及微晶硅鍺(μ C-SiGe: H)薄膜太陽電池。
圖1是本發(fā)明襯底為不銹鋼或聚酰亞胺的非晶硅鍺薄膜太陽電池結構示意圖；圖2是本發(fā)明襯底為透明玻璃的非晶硅鍺薄膜太陽電池結構示意圖。
具體實施例方式下面結合
本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1是本發(fā)明襯底為不銹鋼或聚酰亞胺的非晶硅鍺薄膜太陽電池結構示意圖，如圖1的實施例所示，該裝置包括:在襯底11上依次沉積背電極12、Ν型非晶硅摻雜層13、非晶硅鍺電池本征吸收層14、窄帶隙輕摻雜非晶硅P層15、非晶硅寬帶隙P型摻雜層16、前電極17。圖2是本發(fā)明襯底為透明玻璃的非晶硅鍺薄膜太陽電池結構示意圖，如圖2的實施例所示，該裝置包括:背電極27、Ν型非晶硅摻雜層26、非晶硅鍺電池本征吸收層25、窄帶隙輕摻雜非晶硅P層24、非晶硅寬帶隙P型摻雜層23、前電極22依次沉積在襯底21上。其沉積次序與圖1相反。根據(jù)圖1和圖2的實施例，本發(fā)明與現(xiàn)有技術的非晶硅鍺薄膜太陽電池相比較，其特征在于，在非晶硅鍺電池本征吸收層和非晶硅寬帶隙P型摻雜層之間還包含有一個窄帶隙輕摻雜非晶硅P型緩沖層。上述緩沖層帶隙態(tài)密度小于I X 1016cm_3。上述緩沖層帶隙值為1.7eV。上述緩沖層厚度在Inm 5nm之間。上述緩沖層采用等離子體輔助化學氣相沉積方法(PECVD)在200°C左右的溫度下沉積。緩沖層可同樣適用于微晶硅(μ c_S1:H)薄膜太陽電池，以及微晶硅鍺(μ c-SiGe:H)薄膜太陽電池。以下為本發(fā)明的一個實施例及其試驗記錄。以50 μ m厚的柔性不銹鋼為襯底，采用等離子體輔助化學氣相沉積方法(PECVD，工作頻率為13.56MHz)，在具有Ag/ZnO復合背反射層的不銹鋼襯底上沉積相同的N、1、P三層娃薄膜，其中N層反應氣體為氫氣、娃燒、磷燒,厚度約為50nm ；1層反應氣體為氫氣、娃烷，厚度約為300nm ；P層反應氣體為氫氣、硅烷、硼烷、甲烷，厚度約為30nm。其中，在P/Ι界面之間分別制備三種不同的緩沖層:(1)為P/Ι界面沒有添加緩沖層；(2)為P/Ι界面添加一層本征非晶硅緩沖層，厚度為5nm; (3)為P/Ι界面添加一層窄帶隙輕摻雜非晶硅P層，厚度為2nm。采用磁控濺射方法(工作頻率為13.56MHz)在上述三組樣品上沉積相同的ITO薄膜作為前電極，厚度約為70nm。在25°C，AM O太陽光譜(1353W/m2)下進行太陽電池輸出特性測試，測試結果如表I所示?？梢钥吹剑砑诱瓗遁p摻雜非晶硅P型緩沖層的電池樣品3在開路電壓和填充因子方面的提升十分明顯。這是因為添加的窄帶隙輕摻雜非晶硅P型緩沖層是輕摻雜的，而且采用傳統(tǒng)的P層制備條件，即其帶隙寬度相比P層納米硅窗口層帶隙要窄，它的摻入使得靠近Ι/P界面處產(chǎn)生的電子繼續(xù)保持在高的界面勢壘面前，限制了反向電流的產(chǎn)生，同時縮小了空穴所面臨的勢壘高度，使得產(chǎn)生的空穴更容易被收集到P層區(qū)域。有效地改善本征吸收層與寬帶隙P層之間的能帶和界面失配等問題，更有利于載流子的輸出和收集，從而提高電池的填充因子和轉換效率。表I不同P/Ι界面緩沖層所對應的太陽電池電學特性
權利要求
1.一種非晶硅鍺薄膜太陽電池，包括在柔性襯底上依次沉積背電極、N型非晶硅摻雜層、非晶硅鍺電池本征吸收層、非晶硅寬帶隙P型摻雜層、前電極；其特征在于，非晶硅鍺電池本征吸收層和非晶硅寬帶隙P型摻雜層之間還包含有一個窄帶隙輕摻雜非晶硅P型緩沖層。
2.如權利要求1所述的薄膜太陽電池，其特征在于:所述的窄帶隙輕摻雜非晶硅P型緩沖層的帶隙態(tài)密度小于IX 1015cm_3。
3.如權利要求1或2所述的薄膜太陽電池，其特征在于:所述的緩沖層帶隙值為1.7eV0
4.如權利要求3所述的薄膜太陽電池，其特征在于:所述的緩沖層厚度在Inm 5nm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏太陽電池，公開了一種非晶硅鍺薄膜太陽電池。包括在柔性襯底11上依次沉積背電極12、N型非晶硅摻雜層13、非晶硅鍺電池本征吸收層14、寬帶隙非晶硅P型摻雜層16、前電極17；根據(jù)本發(fā)明，在非晶硅鍺電池本征吸收層14和寬帶隙非晶硅P型摻雜層16之間還包含有一個窄帶隙輕摻雜非晶硅P層15作為緩沖層。本發(fā)明有效地改善本征吸收層與寬帶隙P層之間的能帶和界面失配問題，更有利于載流子的輸出和收集，從而提高電池的填充因子和轉換效率。
文檔編號H01L31/0352GK103077982SQ20111033187
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者楊君坤, 劉成, 徐正軍 申請人:上?？臻g電源研究所