一種雙n層結構非晶硅太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于非晶硅太陽能電池技術領域，具體涉及一種雙η層結構非晶硅太陽能 電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著煤炭、石油等不可再生能源的日益枯竭，世界經濟對新能源的需求使太陽能 電池技術得到了迅猛的發展，太陽能電池通過把太陽光光能轉換成電能，是一種可再生的 潔凈能源技術。
[0003] 目前市場上工業化生產以單晶硅和多晶硅太陽電池為主，單晶硅的電池效率為 18. 5%，多晶硅電池效率為16. 7%左右。但目前這兩種電池存在所需要的硅材料的短缺以 及硅材料制備過程存在環境污染等問題，而非晶硅薄膜太陽電池具有耗材少、制備簡單、環 境友好、成本低等優勢，使得近年來科研、高校和企業單位紛紛將非晶硅太陽能電池作為研 發主方向。
[0004] 在保持成本不顯著提高的條件下，晶體硅電池的效率很難進一步提高。目前市場 上的非晶硅電池光電效率大約是8%，具有大幅度的提升空間。因此，研宄人員一直在探索 提升非晶硅電池效率的新工藝新方法。
[0005] 非晶硅太陽能電池的結構以p-i-n型為主，這種非晶硅太陽能電池的結構層包 括制備太陽能電池的基體、導電薄膜、PIN型非晶硅薄膜以及背電極等。目前非晶硅太陽 能電池存在的主要問題是如何提高轉化效率和降低光致衰退效應，現有技術中，對P型 非晶硅薄膜和I型非晶硅薄膜的界面處理技術較多。2014年，南開大學張曉丹教授等在 Solar Energy Materials&Solar Cells 專業期刊上發表了研宄論文《Improvement in performance of hydrogenated amorphous silicon solar cells with hydrogenated intrinsic amorphous silicon oxide p/i buffer layers》，報道了他們在 p/i 之間 SiOx 作為緩沖層制備的單節非晶硅太陽能電池效率達到10. 64%，多節太陽能電池效率達到 12. 24%，但其電流密度最高只有12. 58mA/cm2。這是由于導電薄膜呈現弱N型，與P型非晶 硅薄膜形成反向的PN結，造成太陽能電池的電流、電壓等損失，如何解決這一問題有待于 做更深入的研宄。
[0006] 目前，不管市面上銷售的還是研宄機構研發的非晶硅電池，均采用單η層薄膜電 池結構的形式，該單η層薄膜被均勻摻雜，在均勻單一摻雜的半導體中不存在內建電場或 內建電場極弱，不利于太陽能電池內部載流子的收集從而增強光電流，提高太陽能電池轉 換效率。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種雙η層結構非晶硅太陽能電池，該雙η層結構非晶硅 太陽能電池具有較高的電流密度和光電轉換效率。
[0008] 本發明的目的還在于提供上述雙η層結構非晶硅太陽能電池的制備方法，該制備 方法工藝簡潔、不需要增加新的設備投資成本。
[0009] 本發明的第一個目的是通過以下技術方案來實現的：一種雙η層結構非晶硅太陽 能電池，包括玻璃基體，依次設置在玻璃基體上的透明導電膜、P型非晶硅層、緩沖層、非晶 硅本征層i層、雙層η型非晶硅層、背反射層和背電極，其特征是：所述的雙層η型非晶硅層 是由輕摻雜η型非晶硅層與重摻雜η型非晶硅層兩層構成的雙η層結構。
[0010] 本發明所述的透明導電膜優選為具有絨面結構的SnO2 = F薄膜；所述的P型非晶硅 層優選為P_a-SiC:H薄膜；所述的緩沖層優選為a_SiC:H薄膜；所述的非晶硅本征層i層優 選為i-a-Si:H薄膜；所述的輕摻雜η型非晶娃層優選為輕摻雜n-a-Si:H薄膜；所述的重摻 雜η型非晶硅層優選為重摻雜n-a-Si :H薄膜；所述的背反射層優選為氧化鋅摻鋁ΖηΟ:Α1 薄膜；所述的背電極優選為銀電極。
[0011] 本發明所述的p-a-SiC:H-薄膜的膜厚優選為10~30nm ;所述的a-SiC:H薄膜的 膜厚優選為10~20nm ;所述的i-a-Si :H薄膜的膜厚優選為400~540nm ;所述的輕摻雜 n-a-Si : H薄膜的膜厚優選為40~60nm ;所述的重摻雜n-a-Si : H薄膜的膜厚優選為10~ 20nm ;所述的氧化鋅摻錯ΖηΟ:Α1薄膜的厚度優選為60~80nm ;所述的銀電極的厚度優選 為 150 ~300nm。
[0012] 本發明所述的p-a-SiC: H薄膜、a-SiC: H薄膜、i-a-Si : H薄膜、輕摻雜n-a-Si : H薄 膜和重摻雜n-a-Si : H薄膜優選采用PECVD方式制成。
[0013] 本發明所述的氧化鋅摻鋁ΖηΟ:Α1薄膜和銀電極優選通過磁控濺射方式制備獲 得。
[0014] 本發明的第二個目的是通過以下技術方案來實現的：上述的雙η層結構非晶硅太 陽能電池的制備方法，含以下步驟：
[0015] (1)裝片：在玻璃基體上設置透明導電膜即具有絨面結構的SnO2 = F薄膜，置于 PECVD系統的真空室中；
[0016] (2)沉積P型非晶硅層p-a-SiC:H薄膜：將設有SnO2 = F薄膜的玻璃基體即FTO(摻 氟氧化錫）襯底溫度加熱至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr， 通入硅烷、甲烷、硼烷和氫氣，調節反應氣壓為0. 6~0. 8Torr，放電功率為70~150mW/cm2， 沉積時間為20~60秒，制得P型非晶硅層p-a-SiC:H薄膜；
[0017] (3)沉積緩沖層a_SiC:H薄膜：將襯底（設有P型非晶硅層p-a-SiC:H薄膜和FTO 的玻璃基體）溫度加熱至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr，通 入硅烷、甲烷和氫氣，調節反應氣壓為0. 6~0. 8Torr，放電功率為70~150mW/cm2,起輝光 時關閉甲烷氣體，沉積時間為0. 5~1分鐘，制得緩沖層a-SiC:H薄膜；
[0018] (4)沉積非晶硅本征層i層i-a-Si :H薄膜：將襯底（沉積有上述3種薄膜的玻璃 基體）溫度加熱至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr，通入硅烷 和氫氣，調節反應氣壓為0. 6~0. 8Torr，放電功率為70~150mW/cm2,沉積時間為20~25 分鐘，制得非晶硅本征層i層i-a-Si : H薄膜；
[0019] (5)沉積輕摻雜η型非晶硅層輕摻雜n-a-Si:H薄膜：將襯底（沉積有上述 4種薄膜的玻璃基體）溫度加熱至240~280 °C，真空室真空度抽至3. OX KT7Torr~ 3. OX KT6Torr，通入硅烷、磷烷和氫氣，其中硅烷占氣體總流量的10~15%，磷烷與硅烷的 體積流量比為1~6 :1，氫氣的體積流量為硅烷和磷烷總體積流量的2~4倍（即氫氣的稀 釋比為2~4)，反應氣壓為0. 4~0. 6Torr，放電功率為70~150MW/cm2,沉積時間為2~ 3分鐘，制得輕摻雜η型非晶硅層輕摻雜n-a-Si : H薄膜；
[0020] (6)沉積重摻雜η型非晶硅層重摻雜n-a-Si:H薄膜：將襯底（即設有上述 5種薄膜的玻璃基體）溫度加熱至240~280 °C，真空室真空度抽至3. OX KT7Torr~ 3. OX KT6Torr，通入硅烷、磷烷和氫氣，其中硅烷占氣體總流量的3~15%，磷烷與硅烷的 體積流量比為4~12 :1，氫氣的體積流量為硅烷和磷烷總體積流量的2~4倍（即氫氣 的稀釋比為2~4)，反應氣壓為0. 4~0. 6Torr，放電功率為70~150mW/cm2,沉積時間為 10~60秒，制得重摻雜η型非晶硅層重摻雜n-a-Si : H薄膜；
[0021] (7)采用磁控濺射法制備背反射層氧化鋅摻鋁Ζη0:Α1薄膜：將真空室抽至 3. OX KT7Torr~3. OX 10_6Torr，采用鋁的質量百分含量為1~2%的氧化鋅陶瓷作為靶 材，反應氣體為氧氣，派射氣體為氬氣，派射壓力為4~6mTorr，派射功率為200W，派射溫度