[發明專利]硅基薄膜太陽電池用背反射電極及其制備方法

有效

• 申請號: 200910068787.4
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101556971A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 張曉丹;趙穎;岳強;魏長春;侯國付;孫建;耿新華;熊紹珍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;H01L31/20;C23C16/505;C23C16/46;C23C16/50;H01L31/042;H01L31/075
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 顏濟奎

【技術領域】

本發明涉及薄膜太陽電池領域，尤其是一種應用在硅基薄膜太陽電池領域的背反射電極及其制備方法。

【背景技術】

隨著人類社會的高速發展，對能源的需求也日益加劇。化石燃料和工業革命的結合創造了人類歷史上輝煌的現代文明，但同時也造成了當代人類發展所面臨的能源危機與環境污染。太陽能取之不盡、用之不竭，因而光伏發電倍受人們矚目。實踐證明，大規模應用太陽電池的一個關鍵，就是大幅度的降低成本，發展薄膜太陽電池是降低成本的一個有效途徑。

對于硅基薄膜太陽電池來說，薄膜非晶硅(a-Si:H)材料適合作太陽電池的最大特點是光吸收系數大，具有較高的光敏性，其吸收峰與太陽光譜峰相近，有利于對太陽光的利用，是極富吸引力的光伏材料。非晶硅(a-Si:H)薄膜太陽電池因其生長溫度低、便于大面積生產、耗材少等優點受到人們的重視并得到迅速發展。目前已經大規模實現產業化的薄膜太陽電池就是非晶硅薄膜太陽電池，僅2008年國內外非晶硅薄膜企業增加十幾家。

另，隨著科學技術的不斷向前發展，在逐步擴大非晶硅薄膜太陽電池產業化規模的同時，人們也逐步在進行更高、更穩定硅基薄膜太陽電池的研制，比如非晶硅/微晶硅雙疊層太陽電池，非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅三疊層太陽電池等，其目的都是為了更充分地利用太陽光譜提高太陽電池的光電轉換效率。

實際上，為了提高太陽電池的效率，除了本身電池材料特性的優化研究和新型吸收層材料的研究外，光管理工程中的陷光結構的研究也是提高太陽電池效率的一個很重要的方法。從陷光角度來看，對于硅基薄膜太陽電池，除了電池本身要求的p/i/n基本結構外，前電極和背反射電極也是非常重要的，因為兩者之間的合理匹配，就會讓光盡可能的限制在太陽電池中間，充分地利用太陽光，進而提高電池的光電轉換效率。

本發明這里所要關注的是背反射電極，對所有現有的硅基薄膜太陽電池，其背反射電極通常為Al或Ag/Al或ZnO/Al或ZnO/Ag/Al，金屬電極可以有很好的電學接觸特性，它作為背反射電極是必須要求的材料之一，為了進一步提高背反射電極的效果，人們引入了上面的ZnO。而對于ZnO薄膜的制備，人們通常采用的辦法為金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)或濺射方法(Sputtering)，但是從產業化應用的角度看，此背反射電極ZnO的加入在激光切割中遇到了一定的難題，背反射電極加入ZnO后，切割工藝很難控制，產業化要求的集成化切割受到影響，而且沉積的技術MOCVD或Sputtering是不同于電池用三層材料的沉積技術等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的。

【發明內容】

本發明目的旨在提供一種能夠提高硅基薄膜太陽電池短路電流密度，進而提高電池光電轉換效率的新型背反射電極材料n型SiOx，同時給出其基本制備方法。

本發明的硅基薄膜太陽電池用背反射電極，背反射電極為n型SiOx材料，(x＝0.1～1.5)，其導電類型為n型。

硅基薄膜太陽電池用背反射電極的制備方法，采用等離子體增強化學氣相沉積技術或熱絲化學氣相沉積技術或甚高頻等離子體增強化學氣相沉積技術。

硅基薄膜太陽電池用背反射電極的制備方法，制備中所使用的氣源為以氫稀釋的硅烷類氣體，甲烷和二氧化碳為主，以不同的含磷的有機類氣體或用惰性氣體攜帶的含磷的液態化合物作為摻雜劑。

本發明的硅基薄膜太陽電池，其背反射電極的n型SiOx材料(x＝0.1～1.5)，其導電類型為n型的背反射電極。

前述的硅基薄膜太陽電池的制備方法，制備單結p/i/n型非晶硅薄膜太陽電池，具有背反射電極n型SiOx的非晶硅薄膜太陽電池的基本結構為glass/SnO₂/p(a-SiC:H)/i(a-Si:H/n(μc-Si:H)/n(SiOx)/Al)，具體制備工藝為：

1)將具有SnO₂的玻璃襯底放入PECVD沉積系統中，本底真空高于10^-5Torr；

2)控制反應沉積參數，在SnO₂襯底上依次沉積p型非晶硅碳薄膜、本征非晶硅薄膜和n型微晶硅薄膜；

3)然后采用PECVD技術沉積背反射電極n型SiOx材料；

采用反應氣為：硅烷、氫氣、磷烷、甲烷或二氧化碳氣體的組合，制備的反應沉積參數如下：

反應氣體壓強0.1Torr以上；

輝光功率密度：10-1000毫瓦/平方厘米；

襯底表面溫度：100-300℃；