[發明專利]硅基薄膜太陽電池用窗口材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200810052620.4
• 申請日: 2008-04-07
• 公開（公告）號: CN101257052A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 張曉丹;趙穎;魏長春;孫建;耿新華;熊紹珍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/075;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯力

【技術領域】

本發明涉及薄膜太陽電池領域，尤其是硅基薄膜太陽電池用窗口材料及其制備方法。

【背景技術】

太陽電池可直接將太陽能轉變成電能。大規模的光伏發電，近期可解決我國廣大中西部無電地區居民的能源問題，使這些地區走出能源困境。從長遠來看，要使光伏發電真正成為未來能源體系的重要組成部分，關鍵是實現其性能/價格比可與常規能源相當。根據我國的基本國情，為實現太陽電池服務于國民經濟的未來目標，降低太陽電池成本和實現太陽電池的薄膜化已被我國定為發展太陽電池的主要方向。

硅基薄膜太陽電池除了具有薄膜太陽電池共有的省材、低能耗、便于大面積連續生產等低成本優勢外，還具有原材料豐富、無毒、無污染，能耗低(＜200℃)等優點。非晶硅薄膜太陽電池由于其存在光致衰退效應，因而限制了其應用，而微晶硅基或納米硅基薄膜太陽電池由于其有序性的提高，幾乎沒有衰退問題，而且微晶硅基或納米硅基電池可拓展光譜響應范圍(非晶硅的光譜響應范圍大約400-800nm，而微晶硅的大約在400-1200nm)，提高電池光電轉換效率的潛力很大，微晶硅基薄膜太陽電池的研究已經成為硅薄膜太陽電池領域關注的熱點。

作為太陽電池中的關鍵材料之一的窗口材料，其帶隙的寬窄、電導率的高低，將直接影響電池的短路電流及填充因子的大小。現有的硅基薄膜太陽電池中，不論是非晶硅薄膜太陽電池、微晶硅薄膜太陽電池以及硅鍺薄膜太陽電池，其窗口材料均是P型材料，即太陽光從電池的P方向入射。

隨著太陽電池應用發展，人們在研究開發高效率、低成本太陽電池的同時，越來越注重提高電池的柔性可展開和質量比功率。因為剛性太陽電池的質量比功率大，且其幾何形狀不易改變，在一定程度上限制了其應用的范圍。而柔性襯底太陽電池可以采用塑料等廉價襯底，降低成本的潛力很大；同時，柔性襯底太陽電池還具有重量輕、柔軟可卷曲、不怕碰撞等特點。因此，高效柔性襯底太陽電池的獲得具有很重要的意義。

目前，硅基薄膜太陽電池結構的核心部分為硼摻雜硅基薄膜P、本征硅基薄膜I和磷摻雜硅基薄膜N。已實現產業化的成熟的硅基薄膜太陽電池，主要為透明玻璃襯底，而且考慮到非晶硅基薄膜太陽電池中，空穴的遷移率要比電子的遷移率低將近2個數量級，因此要求太陽光必須從電池的P型層入射，因此玻璃襯底上要求的太陽電池結構為P/I/N。對于應用于柔性襯底的薄膜太陽電池，柔性襯底例如不銹鋼或塑料襯底(聚酰亞胺)均為不透明材料，為了讓光從P層入射，電池的結構需要為N/I/P，這樣較為成熟的制備玻璃襯底上P/I/N結構太陽電池所對應的沉積工藝，將不能很好的轉移到柔性襯底太陽電池中。

【發明內容】

本發明目的旨在為克服現有技術的不足，而提出硅基薄膜太陽電池用新的窗口材料及其制備方法。

使用該窗口材料制作的硅基薄膜太陽電池可為柔性或剛性襯底，且太陽電池結構為P/I/N，因此窗口材料為N型材料；也可以為透明柔性或剛性襯底，且電池的結構可為N/I/P，因此窗口材料為N型材料。

本發明為實現上述目的，設計了新的硅基薄膜太陽電池用窗口材料，所述的窗口材料為磷摻雜硅基薄膜N，是在待處理樣品的本征硅基薄膜I上或透明導電薄膜T1上沉積磷摻雜硅基薄膜N而制成，該磷摻雜硅基薄膜N為磷摻雜微晶硅氧薄膜，或者磷摻雜的N型納米硅氧；反應沉積參數為：反應氣體壓強0.1托以上，輝光功率密度為10-1000毫瓦/平方厘米，待處理樣品表面溫度為80-350℃，氫稀釋硅烷濃度SC＜10％，輝光激勵頻率為13.56MHz-100MHz，含磷氣體與硅烷之比PS≤2％。

上述硅基薄膜太陽電池用窗口材料的制備方法，包括以下步驟：

第一、將待處理樣品放入沉積系統中，本底真空高于10^-4托；

第二、通入反應氣體，包括：硅烷、氫氣、磷烷、二氧化碳等氣體；

第三、在第一步所述的待處理樣品的本征硅基薄膜I上或透明導電薄膜T1上沉積作為硅基薄膜太陽電池用窗口材料的磷摻雜硅基薄膜N，所述的磷摻雜硅基薄膜N為磷摻雜微晶硅氧薄膜，或者磷摻雜的N型納米硅氧；

其中反應沉積參數為：反應氣體壓強0.1托以上，輝光功率密度為10-1000毫瓦/平方厘米，待處理樣品表面溫度為80-350℃，氫稀釋硅烷濃度SC＜10％，輝光激勵頻率為13.56MHz-100MHz，含磷氣體與硅烷之比PS≤2％。

上述第一步沉積系統中采用的沉積方法是等離子體增強化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或甚高頻等離子體增強化學氣相沉積法。