[發明專利]一種帶有介質層的肖特基結構的非晶硅薄膜電池及制作方法

無效

• 申請號: 201110392916.2
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102437224A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 王麗娟;薛俊達;秦海濤;張偉
• 申請（專利權）人: 營口聯創太陽能科技有限公司
• 主分類號: H01L31/07
• 分類號: H01L31/07;H01L31/20
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種薄膜電池，特別涉及一種帶有介質層的肖特基結構的非晶硅薄膜電池及制作方法。

背景技術

非晶硅薄膜太陽能電池由于具有低成本、工藝技術成熟等優勢廣泛受到人們的關注。但少數載流子擴散長度短及光電轉換效率低，因此需要提高非晶硅薄膜電池有效的光吸收及光電轉換效率。

非晶硅薄膜電池中多數采用p-i-n結構，就是用TCO層作為透明電極，p層作為窗口層，i層作為太陽能電池的本征層，即是主要的光吸收層，用n層形成pn結的內建電場，產生開路電壓。但在p-i-n結構中摻雜層p層和n層對功率轉換沒有直接的作用，且n層會有吸收導致功率損耗。

由于非晶硅薄膜光學帶隙為1.7eV，材料本身對長波區的不敏感，因此限制了非晶硅電池的光電轉換效率。解決這一問題的有效途徑就是制作疊層p-i-n電池，就是在一個p-i-n電池的上面再沉積一個或多個p-i-n電池。但這樣增加了非晶硅電池的制作成本，工藝復雜。

非晶硅電池中的肖特基結構由于制作簡單，成本低，且隨著光伏材料的出現，在非晶硅電池的發展中扮演著相當重要的角色。

傳統的肖特基結構為薄層金屬電極、非晶硅有源層、收集電極，利用金屬電極與非晶硅的肖特基勢壘形成內建電場產生開路電壓。內建電場的產生過程不再需要p-i-n結構中的n摻雜層，這樣可以完全避免n摻雜層的吸收損耗。其中薄層金屬電極側為受光面，因此又稱為前肖特基結構。

在傳統的肖特基結構中存在著由于金屬和無序隙態導致的費米能級的釘扎效應，因此會引起開路電壓和填充因子的劣化。且前電極的薄層會有明顯的光吸收。

在這種情況下，顯然很難控制吸收損耗且無法達到充分利用太陽光譜的效果。因此，在肖特基結構中，如何降低光吸收損耗，如何添加一個具有合適帶隙寬度及功函數匹配材料，降低串聯電阻且增強載流子收集，又能避免釘扎效應，就成了一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有非晶硅薄膜太陽能電池存在的光譜利用率不高、串聯電阻大的問題，而提供一種帶有介質層的肖特基結構的非晶硅薄膜電池及制作方法。

本發明之帶有介質層的肖特基結構的非晶硅薄膜電池是由透明襯底(玻璃)、前透明導電層TCO、歐姆接觸層p-a-Si:H、吸收層(有源層)i-a-Si:H或微晶硅i-μc-Si:H、介質層LiF或聚合物、背電極Al從下往上構成的帶有介質層的背肖特基結構。

所述的透明襯底采用高透光率的玻璃。

所述的前透明導電層TCO，光從它穿過被電池吸收，又充當電池的電極，要求透過率高、導電性好，采用濺射的方法制備。其厚度控制在100nm。為了增加太陽光入射率，減少反射光的作用，將TCO制成絨面結構。

所述的歐姆接觸層p-a-Si:H采用p型非晶硅薄膜，用PECVD方法制備，其厚度控制在20nm。

所述的吸收層(有源層)采用的是非晶硅或微晶硅，其厚度控制在200～400nm。

所述的介質層采用的是氟化鋰或聚合物，用蒸鍍或旋涂的方法制備。其厚度控制在0.2～4nm。介質層起到增強光吸收，降低串聯電阻的作用，可以避免金屬與非晶硅接觸的釘扎效應和界面缺陷。

所述的背電極采用Al膜，用蒸鍍的方法制備，膜厚控制在50～100nm。

本發明之帶有介質層的肖特基結構的非晶硅薄膜電池的制作方法包括如下步驟：

1、透明襯底清洗：刷洗，使用0.3％表面活性劑；水洗，處理過程是，前給水10s、排水30s、給水90s，共兩回，US超聲清洗，超聲波的頻率為35KHz，旋轉干燥。

2、前透明導電層濺射：前透明導電層濺射的條件為：靶材In₂O₃∶SnO₂＝90∶10，Ar氣流量400Sccm和O₂氣流量0.6Sccm；濺射功率為0.30～0.75kW，壓力為0.65～0.85Pa，溫度為205～225℃；濺射過程中微量的氧氣可以改變薄膜的結晶狀態，降低電阻率。

3、等離子體處理：等離子體處理的條件為：壓力165～175Pa，功率500W，溫度225～235℃，氫氣或氟化氮100％，等離子體處理4min，形成絨面結構。

4、PECVD連續沉積p-a-Si:H膜-非晶硅膜或微晶硅膜：PECVD為等離子增強化學氣相沉積；