[發(fā)明專利]窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池及其制備方法

無效

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• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN101740648A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 張建軍;尚澤仁;倪牮;曹宇;王先寶;趙穎;耿新華
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】

本發(fā)明屬于新能源中薄膜太陽電池的技術領域，特別是一種窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池及其制備方法。

【背景技術】

縱觀太陽能電池所利用的對象——太陽光的光譜，它在可見光部分能量只有不到50％。要想提高太陽電池的效率，把其光譜響應擴展到1.1微米以下是非常重要的，因為這包括了太陽光90％以上的能量。鍺是一種帶隙在0.66ev的窄帶隙半導體材料，它與硅構成的薄膜合金材料，有著大幅度向窄帶隙方向調(diào)制的作用。利用薄膜中鍺的摻入來提高材料對光譜的吸收范圍和吸收效率，是太陽能電池效率提高的有效方法。

在p-i-n(p型摻雜層-本征層-n型摻雜層)型微晶硅鍺薄膜太陽電池中，p層對電池性能有重要影響。p/i的界面特性是影響太陽電池性能的關鍵；同時由于i層沉積于p層之上，因此p層還會嚴重影響有源區(qū)的材料結構和光電特性。傳統(tǒng)的硅基薄膜太陽電池中的P層都是采用摻雜的p型非晶硅或微晶硅材料，這種p層材料應用到微晶硅鍺太陽電池時，由于p、i屬于異質(zhì)材料，這樣就會造成p/i界面晶格及帶隙的不匹配，因而影響電池的性能。因此，針對微晶硅鍺太陽電池，需要解決p/i界面的匹配問題，從而提高電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題，提供一種窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池及其制備方法，該硅鍺薄膜太陽電池結構新穎；制備的p型微晶硅鍺薄膜材料具有帶隙和晶化率可調(diào)、電導率高的優(yōu)點且制備工藝簡單、容易操作、制造成本低；采用該材料的硅鍺薄膜太陽電池優(yōu)化了電池p/i的界面匹配，改善了界面特性，有利于提高電池效率。

本發(fā)明的技術方案：

一種窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池，包括透明襯底、透明導電薄膜、窗口層、本征層、N⁺層和金屬背電極，窗口層為p型微晶硅鍺薄膜。

一種窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池的制備方法，采用甚高頻等離子增強化學氣相沉積設備制備，制備方法包括下述步驟：1)將帶有透明導電膜的玻璃襯底放在真空室內(nèi)，本底真空高于2×10^-4Pa；2)在向反應室通入反應氣體硅烷、氟化鍺、硼烷和氫氣的條件下，沉積p型微晶硅鍺薄膜。

所述帶有透明導電膜的玻璃襯底厚度為0.5毫米-1.5毫米，鍍有的透明導電薄膜為ZnO膜、SnO₂膜或SnO₂-ZnO復合膜。

所述反應氣體硅烷、氟化鍺、硼烷和氫氣的流量為：硅烷(5-10)sccm；氟化鍺(0.5-2.0)sccm；硼烷(0.05-0.3)sccm；氫氣(100-200)sccm。

所述沉積p型微晶硅鍺薄膜的工藝參數(shù)為：輝光激勵頻率70MHz；輝光功率密度(100-500)毫瓦/cm²；反應氣體壓強大于0.3Torr；襯底表面溫度150℃-220℃。

本發(fā)明的有益效果是：該硅鍺薄膜太陽電池結構新穎；制備的p型微晶硅鍺薄膜材料具有帶隙和晶化率可調(diào)、電導率高的優(yōu)點且制備工藝簡單、容易操作、制造成本低；采用該材料的硅鍺薄膜太陽電池優(yōu)化了電池p/i的界面匹配，改善了界面特性，有利于提高電池效率。

【附圖說明】

附圖為窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池的結構示意圖。

圖中：1.透明襯底?2.透明導電薄膜?3.P型窗口層?4.本征層5.N⁺層?6.背反射電極?7.金屬電極

【具體實施方式】

實施例：

一種窗口層為p型微晶硅鍺的硅鍺薄膜太陽電池，包括透明襯底1、透明導電薄膜2、P型窗口層3、本征層4、N⁺層5、背反射電極6和金屬電極7，背反射電極6為ZnO，金屬背電極6為Ag，窗口層3為p型微晶硅鍺薄膜。作為窗口層的P型微晶硅鍺薄膜采用甚高頻等離子增強化學氣相法制備，制備方法如下：1)將厚度為2毫米并鍍有ZnO透明導電薄膜的玻璃襯底放在真空室內(nèi)，本底真空高于2×10^-4Pa；2)在向反應室通入反應氣體硅烷、氟化鍺、硼烷和氫氣的條件下沉積p型微晶硅鍺薄膜，反應氣體硅烷、氟化鍺、硼烷和氫氣的流量為：硅烷5sccm、氟化鍺0.5sccm、硼烷0.05sccm、氫氣200sccm；沉積p型微晶硅鍺薄膜的工藝參數(shù)為：輝光激勵頻率70MHz；輝光功率密度(100-500)毫瓦/cm²；反應氣體壓強大于0.3Torr；襯底表面溫度150℃-220℃。

本法制備的微晶硅鍺薄膜，經(jīng)檢測顯示，鍺含量為10％，在薄膜厚度為72nm時，測得電導率為1.68S/cm，晶化率為60％，在長波區(qū)域的平均透過率超過90％。