專利名稱：多晶硅薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能電池領域，特別涉及多晶硅薄膜太陽能電池。
背景技術：
薄膜太陽能電池是在玻璃、金屬或塑料等基板上沉積很薄(幾微米至幾十微米)的光電材料而形成的一種太陽能電池。薄膜太陽能電池具備弱光條件下仍可發電、生產過程能耗低及可大幅度降低原料和制造成本等一系列優勢，已成為近年來的研究熱點，其市場發展潛力巨大。基本的薄膜太陽能電池結構，包括單P-N結、P-1-N/N-1-P以及多結。典型的單結P-N結構包括P型摻雜層和N型摻雜層。單結P-N結太陽能電池有同質結和異質結兩種結構。同質結結構的P型摻雜層和N型摻雜層都由相似材料(材料的能帶隙相等)構成。異質結結構包括具有至少兩層不同帶隙的材料。P-1-N/N-1-P結構包括P型摻雜層、N型摻雜層和夾于P層和N層之間的本征半導體層(即未摻雜的I層)。多結結構包括具有不同帶隙的多個半導體層，所述多個半導體層互相堆疊。在薄膜太陽能電池中，光在P-N結附近被吸收。由此所得的載流子擴散進入所述P-N結并被內建電場分開，從而生成穿過所述器件和外部電路系統的電流。多晶硅薄膜太陽能電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽能電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率受到很多因素的影響，有待進一步的提聞。更多關于多晶硅薄膜太陽能電池的制作方法請參考公開號為CN101582466A的中國專利。
實用新型內容本實用新型解決的問題是提供一種多晶硅薄膜太陽能電池，提高多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率。為解決上述問題，本實用新型的技術方案提出了一種多晶硅薄膜太陽能電池，包括:基板；位于所述基板的表面的第一電極層；位于所述第一電極層表面的第一摻雜類型多晶娃層；位于所述第一摻雜類型多晶娃層表面的第二摻雜類型多晶娃層；位于所述第二摻雜類型多晶硅層表面應力層，所述應力層的應力類型與第二摻雜類型多晶硅層的摻雜類型相對應；位于所述應力層表面的第二電極層。可選的，所述第一摻雜類型多晶硅層為P型層，第二摻雜類型多晶硅層為N型層，并且所述應力層具有張應力。可選的，所述第一摻雜類型多晶硅層為N型層，第二摻雜類型多晶硅層為P型層，并且所述應力層具有壓應力。可選的，所述應力層的厚度為0.5nnTl00nm。[0011]可選的，所述應力層的應力數值范圍為200MPa lOOOMPa。可選的，所述應力層和第二電極層之間還具有抗反射層。可選的，在第二摻雜類型多晶硅層和應力層之間還具有抗反射層。可選的，所述第一摻雜類型多晶硅層的厚度范圍為20A 5000A。可選的，所述第二摻雜類型多晶硅層的厚度范圍為20A 5000A。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:本實用新型的技術方案，所述第二摻雜類型多晶硅層表面具有應力層，所述應力層的應力類型與第二摻雜類型多晶娃層的摻雜類型相對應。所述第二摻雜類型多晶娃層表面的應力層能夠使第二摻雜類型多晶硅層受到應力作用，提高所述第二摻雜類型多晶硅層內載流子的遷移率，從而降低光生電子或光生空穴在經過PN結后，在第二摻雜類型多晶硅層內向第二電極層漂移的過程中被復合的幾率，提高到達第一電極層處的電子或空穴的數量，提高總的電流密度，從而提高多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率。進一步的，如果所述第一摻雜類型多晶硅層為P型層，第二摻雜類型多晶硅層為N型層，則所述第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層具有張應力。所述具有張應力的應力層使N型層受到張應力作用，提高所述N型層內電子的遷移率，從而降低P型層內產生的光生電子，在經過PN結后，在N型層內向第二電極層漂移的過程中，被復合的幾率，提高到達第一電極層處的電子數量，從而提高多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率。如果所述第一摻雜類型多晶硅層為N型層，第二摻雜類型多晶硅層為P型層，則所述第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層具有壓應力。所述具有壓應力的應力層使P型層受到壓應力作用，提高所述P型內空穴的遷移率，從而降低N型層內產生的光生空穴，在經過PN結后，在P型層內向第二電極層漂移的過程中，被復合的幾率，提高到達第二電極層處的空穴數量，提高總的電流密度，從而提高多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率。進一步的，所述應力層采用的材料為氧化硅或氮化硅，所述氧化硅或氮化硅薄膜具有較低的折射率系數，不僅能夠使第二摻雜類型多晶硅層受到應力作用，還有助于降低多晶硅薄膜太陽能電池表面對陽光的反射，提高太陽能電池的吸光率，不用再形成抗反射層，從而可以節約工藝步驟。
圖1是本實用新型的實施例的多晶硅薄膜太陽能電池的制作方法的流程示意圖；圖2至圖7是本實用新型的實施例的多晶硅薄膜太陽能電池的制作方法的剖面結構示意圖。
具體實施方式
如背景技術中所述，目前多晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率有待進一步的提高。研究發現，光生載流子的復合直接影響太陽能電池的開路電壓。所以在載流子向電極運動的過程中，提高載流子的遷移速率可以有效降低光生載流子的復合率從而提高太陽能電池的轉換效率。本實用新型的實施例提出了一種多晶硅薄膜太陽能電池，包括位于基板表面的第一電極層，位于所述第一電極層表面的第一摻雜類型多晶娃層和第二摻雜類型多晶娃層，位于第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層。本實用新型能夠提高所述第二摻雜類型多晶硅層內載流子的遷移速率，提高總的電流密度，從而提高太陽能電池的轉換效率。為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。所描述的實施例僅僅是本實用新型的可實施方式的一部分，而不是其全部。在詳述本實用新型實施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本實用新型的保護范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。根據所述實施例，本領域的普通技術人員在無需創造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本實用新型的保護范圍。因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。請參考圖1，為本實施例中多晶硅薄膜太陽能電池的制作方法的流程示意圖，包括:步驟S1:提供基板；步驟S2:在所述基板的表面形成第一電極層；步驟S3:在所述第一電極層表面形成第一摻雜類型多晶硅層；步驟S4:在所述第一摻雜類型多晶硅層表面形成第二摻雜類型多晶硅層；步驟S5:在所述第二摻雜類型多晶硅層表面形成應力層，所述應力層的應力類型與第二摻雜類型多晶硅層的摻雜類型相對應；步驟S6:在所述應力層表面形成第二電極層。請參考圖2，提供基板100。具體的，所述基板100的材料包括多晶硅、冶金硅、石墨、陶瓷、石英、玻璃、不銹鋼等，所述基板100可以透明或不透明、具有固定形狀或者為柔性材料。采用低成本的基板，作為多晶硅薄膜太陽能電池的支撐材料。用相對較薄的多晶硅薄膜作為太陽能電池的激活層，不僅能保持晶體硅太陽能電池的高性能和穩定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。本實施例中，采用的基板100為玻璃，所述基板100作為多晶硅薄膜太陽能電池的
受光面。請參考圖3，在所述基板100的表面形成第一電極層101。具體的，所述第一電極層101為透明導電薄膜，包括氧化錫薄膜、氧化鋅薄膜、氧化銦錫薄膜等，采用磁控濺射工藝，在所述基板表面形成第一電極層101，所述第一電極層101的厚度范圍為5 A 500 A。本實施例中，采用的基板100為透明的玻璃，作為電池的受光面，所以，本實施例中，所述基板表面的第一電極層101也要采用具有高透光率的透明導電薄膜，本實施例中，所述第一電極層101為氧化錫薄膜，可以透射大部分入射光，并且有電流在第一電極層101中流動。在本實用新型的其他實施例中，如果所述基板不作為電池的受光面，則所述第一電極層101也可以是不透明的導電薄膜，包括銀薄膜、鋁薄膜等。請參考圖4，在所述第一電極層101的表面形成第一摻雜類型多晶硅層102。 具體的，所述第一摻雜類型多晶硅層102可以是N型層或者P型層，所述第一摻雜類型多晶硅層102的厚度為20A-SOOOAo所述第一摻雜類型多晶桂層102的形成工藝可以是低壓化學氣相沉積或等離子體化學氣相沉積、液相外延或濺射沉積等工藝。本實施例中，采用低壓化學氣相沉積工藝形成所述第一摻雜類型多晶硅層102，所述第一摻雜類型多晶硅層102為N型層，具體形成方法為:以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4*SiH4作為反應氣體，在一定的保護氣氛下反應生成硅原子，在800°C 1200°C的溫度下，在第一電極層101的表面沉積形成多晶硅層，再對所述多晶硅層進行N型離子摻雜，形成第一摻雜類型多晶硅層102。所述第一摻雜類型離子摻雜，可以采用離子注入或擴散工藝形成，也可以在形成多晶硅層的同時采用原位摻雜工藝形成。所述摻雜離子包括磷、砷或銻中的一種或幾種，摻雜離子的濃度為lE10/cnTlE20/cm3。在本實用新型的其他實施例中，所述第一摻雜類型多晶硅層102還可以是P型層，采用本實施例中的方法形成多晶硅層之后，對所述多晶硅層進行P型離子摻雜，形成第一摻雜類型多晶硅層。所述P型離子摻雜，可以采用離子注入或擴散工藝形成，也可以在形成多晶硅層的同時采用原位摻雜工藝形成。摻雜離子包括硼、鎵或銦中的一種或幾種，摻雜離子的濃度為ΙΕΙΟ/cm3 lE20/cm3。在本實用新型的其他實施例中，在形成所述第一摻雜類型多晶硅層之前先在所述第一電極層表面形成一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，形成籽晶層，在所述籽晶層上沉積厚的多晶硅層，形成第一摻雜類型多晶硅層。這種方法可以得到質量較高的多晶硅層。請參考圖5，在所述第一摻雜類型多晶硅層102的表面形成第二摻雜類型多晶硅層 103。 具體的，所述第二摻雜類型多晶硅層103可以是N型層或者P型層，與第一摻雜類型多晶硅層102的摻雜類型不同，所述第二摻雜類型多晶硅層103的厚度為20A-5000A。所述第二摻雜類型多晶硅層103的形成工藝可以是低壓化學氣相沉積或等離子體化學氣相沉積、液相外延或濺射沉積等工藝。本實施例中，第一摻雜類型多晶硅層102為N型層，所述第二摻雜類型多晶硅層103為P型層。具體形成工藝與第一摻雜類型多晶硅層102的形成工藝相同，在此不作贅述。所述第二摻雜類型多晶硅層103的摻雜離子包括磷、砷或銻中的一種或幾種，摻雜離子濃度為 ΙΕΙΟ/cm3 lE20/cm3。請參考圖6，在所述第二摻雜類型多晶硅層103的表面形成應力層104，所述應力層104的應力類型與第二摻雜類型多晶硅層103的摻雜類型相對應。在所述第二摻雜類型多晶硅層103表面，形成應力層104，所述應力層104包括氮化硅薄膜、氧化硅薄膜等透明不導電的薄膜。所述應力層104的形成工藝是等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或熱化學氣相沉積。本實施例中，所述第二摻雜類型多晶硅層102為P型層，在所述P型層表面形成具有壓應力的應力層104，所述具有壓應力的應力層104為氮化硅薄膜，采用的形成工藝為等離子體增強化學氣相沉積，其中，反應氣體為NH2和SiH4,利用Ar等惰性氣體作為載氣，SiH4和NH2的氣體流量比為0.Γ4,反應溫度為200°C飛00°C，反應壓強為IOOmTorr 200mTorr，提供一個功率為IOW 100W的低頻功率源，頻率為IOOKHz。所述應力層的厚度為0.5nnTl00nm，具有壓應力，壓應力的數值范圍為200MPa lOOOMPa。所述具有壓應力的應力層104，使第二摻雜類型多晶硅層103受到水平面內的壓應力的作用，使P型的第二摻雜類型多晶硅層103層內光生空穴的遷移率得到提高，從而降低了第一摻雜類型多晶硅層102內產生的光生空穴，經過PN結后，在第二摻雜類型多晶硅層103內的漂移過程中被復合的幾率，提高到達第二電極層處的空穴數量，提高電池的總的電流密度，從而提高太陽能電池的轉換效率。本實用新型的其他實施例中，所述第二摻雜類型多晶硅層為N型層，在所述N型層表面形成具有張應力的應力層，所述具有張應力的應力層為氮化硅薄膜，采用的形成工藝是等離子體增強化學氣相沉積，其中，反應氣體為NH2和SiH4,利用Ar等惰性氣體作為載氣，SiH4和NH2的氣體流量比為0.廣4，反應溫度為200°C飛00°C，反應壓強為IOOmTorr 200mTorr，并且提供一個功率為IOW 100W的射頻功率源，頻率為13.56MHz。所述應力層的厚度為0.5nnTl00nm，具有張應力，張應力數值范圍為200MPa lOOOMPa。所述具有張應力的應力層，使N型的第二摻雜類型多晶硅層受到水平面內的張應力的作用，使第二摻雜類型多晶硅層內電子的遷移率得到提高，從而降低第一摻雜類型多晶硅層內產生的光生電子，經過PN結后，在第二摻雜類型多晶硅層內的漂移過程中被復合的幾率，提高到達第二電極層處的電子數量，提高太陽能電池的總的電流密度，從而提高太陽能電池的轉換效率。請參考圖7，在所述應力層104表面形成第二電極層105。形成所述第二電極層105的具體工藝對于本領域的技術人員是熟知的，在此不再贅述。在本實用新型的其他實施例中，如果所述基板采用的是不透明的材料，則所述第二摻雜類型多晶硅層103作為受光面，還可以在所述應力層104表面形成抗反射層，提高太陽能電池對陽光的吸收率。所述抗反射層為低折射率系數的透明材料，例如Ti02、SiN、Si0、Al2O3^SiO2或CeO2等。具體的，可以采用PECVD、磁控濺射或電子束蒸發等方法形成所述抗反射層，所述抗反射層的厚度范圍為500人 1000A O由于所述應力層所采用的`氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜具有較低的折射率系數，可以降低對陽光的反射，可以作為第二摻雜類型多晶硅層表面的抗反射層，提高太陽能電池對太陽光的吸收率。所以，在本實用新型的其他實施例中，可以不用再額外形成所述抗反射層，從而可以減少工藝步驟。在本實用新型的其他實施例中，也可以在第二摻雜類型多晶硅層表面先形成抗反射層，然后再在所述抗反射層表面形成應力層，所述抗反射層除了抗反射的作用外，還可以對第二摻雜類型多晶硅層表面起到鈍化表面的作用，降低載流子的復合率。由于所述抗反射層的厚度較低，所以第二摻雜類型多晶硅層同樣可以受到抗反射層表面的應力層的應力作用，提高第二摻雜類型多晶硅層內載流子的遷移率。本實施例還提供了一種采用上述制作方法形成的多晶硅薄膜太陽能電池。請參考圖7，所述多晶硅薄膜太陽能電池包括:基板100 ;位于所述基板100表面的第一電極層101 ;位于所述第一電極層101表面的第一摻雜類型多晶娃層102 ;位于所述第一摻雜類型多晶娃層102表面的第二摻雜類型多晶娃層103 ;位于所述第二摻雜類型多晶硅層103表面的應力層104，所述應力層104的應力類型與第二摻雜類型多晶硅層103的摻雜類型相對應；位于所述應力層104表面的第二電極層105。所述基板100可以透明或不透明、具有固定形狀或者為柔性材料。本實施例中，采用的基板100為玻璃，所述基板100作為多晶硅薄膜太陽能電池的受光面。本實施例中，所述第一摻雜類型多晶硅層102為N型層，離子摻雜濃度為IElO/cnTlE20/cm3，摻雜離子包括磷、砷或銻中的一種或幾種；第二摻雜類型多晶硅層103為P型層，離子摻雜濃度為lE10/CnTlE20/Cm3，摻雜離子包括硼、鎵或銦中的一種或幾種。所述應力層104包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，具有壓應力，厚度為0.5nnTl00nm，應力的數值范圍為200MPa lOOOMPa。所述具有壓應力的應力層104，使第二摻雜類型多晶硅層103受到水平面內的壓應力的作用，使P型的第二摻雜類型多晶硅層103層內光生空穴的遷移率得到提高，從而降低了第一摻雜類型多晶硅層102內產生的光生空穴，經過PN結后，在第二摻雜類型多晶硅層103內的漂移過程中被復合的幾率，提高到達第二電極層處的空穴數量，提高電池的總的電流密度，從而提高太陽能電池的轉換效率。在本實用新型的其他實施例中，所述第一摻雜類型多晶硅層102為P型層，第二摻雜類型多晶硅層103為N型層，所述應力層104包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，具有張應力。所述具有張應力的應力層，使N型的第二摻雜類型多晶硅層受到水平面內的張應力的作用，使第二摻雜類型多晶硅層內電子的遷移率得到提高，從而降低第一摻雜類型多晶硅層內產生的光生電子，經過PN結后，在第二摻雜類型多晶硅層內的漂移過程中被復合的幾率，提高到達第二電極層處的電子數量，提高太陽能電池的總的電流密度，從而提高太陽能電池的轉換效率。在本實用新型的其他實施例中，所述基板還可以是不透明的材料，例如不銹鋼。則所述第二摻雜類型多晶硅層103作為受光面，本實用新型還可以包括位于所述應力層104表面的抗反射層，所述抗反射層能提高太陽能電池對陽光的吸收率。所述抗反射層為低折射率系數的透明材料，例如Ti02、SiN、Si0、Al203、Si02或CeO2等，所述抗反射層的厚度范圍為500人 1000A。在本實用新型的其他實施例中，所述抗反射層也可以位于第二摻雜類型多晶硅層表面，所述應力層位于抗反射層表面，所述抗反射層除了抗反射的作用外，還可以對第二摻雜類型多晶硅層表面起到鈍化表面的作用，降低載流子的復合率。所述多晶硅薄膜太陽能電池的第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層，使第二摻雜類型多晶硅層受到應力作用，提高所述第二摻雜類型多晶硅層內載流子的遷移率，從而提高太陽能電池總的電流密度，提高太陽能電池的轉換效率。上述通過實施例的說明，應能使本領域專業技術人員更好地理解本實用新型，并能夠再現和使用本實用新型。本領域的專業技術人員根據本文中所述的原理可以在不脫離本實用新型的實質和范圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本實用新型不應被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應由所附的權利要求書來界定。
權利要求1.一種多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，包括: 基板； 位于所述基板表面的第一電極層； 位于所述第一電極層表面的第一摻雜類型多晶娃層； 位于所述第一摻雜類型多晶硅層表面的第二摻雜類型多晶硅層； 位于所述第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層，所述應力層的應力類型與所述第二摻雜類型多晶硅層的摻雜類型相對應； 位于所述應力層表面的第二電極層。
2.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第一摻雜類型多晶硅層為P型層，第二摻雜類型多晶硅層為N型層，并且所述應力層具有張應力。
3.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第一摻雜類型多晶硅層為N型層，第二摻雜類型多晶硅層為P型層，并且所述應力層具有壓應力。
4.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述應力層的厚度為0.5nm 100nmo
5.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述應力層的應力的數值范圍為200MPa lOOOMPa。
6.根據權利要求1所 述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述應力層和第二電極層之間還具有抗反射 層。
7.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，在第二摻雜類型多晶硅層和應力層之間還具有抗反射層。
8.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第一摻雜類型多晶硅層的厚度范圍為20A--.5000A。
9.根據權利要求1所述的多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第二摻雜類型多晶硅層的厚度范圍為20A.-..5000A。
專利摘要一種多晶硅薄膜太陽能電池，所述多晶硅薄膜太陽能電池包括基板；位于所述基板表面的第一電極層；位于所述第一電極層表面的第一摻雜類型多晶硅層；位于所述第一摻雜類型多晶硅層表面的第二摻雜類型多晶硅層；位于所述第二摻雜類型多晶硅層表面的應力層，所述應力層的應力類型與所述第二摻雜類型多晶硅層的摻雜類型相對應；位于所述應力層表面的第二電極層。所述多晶硅薄膜太陽能電池能夠有效提高太陽能的轉換效率。
文檔編號H01L31/068GK202977493SQ20122067851
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者楊瑞鵬, 連春元, 于奎龍, 沈偉妙, 丁鵬, 趙燕萍 申請人:杭州賽昂電力有限公司