[發明專利]一種柔性襯底硅化鐵(βFeSi2)薄膜太陽電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210264393.8
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102760776A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 王澤洪
• 申請（專利權）人: 江蘇天孚太陽能有限公司
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/0368;H01L31/032;H01L31/068;H01L31/18
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1.柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，依次由襯底[1]、底電極[2]、過渡層[3]、N型薄膜層[4]、弱N型薄膜層[5]、P型薄膜層[6]、透明導電層[7]和上電極金屬膜[8]材料組成，其特征在于：所述的襯底[1]為柔性金屬箔材料。

2.如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，其特征在于：所述的柔性金屬箔材料為不銹鋼箔，不銹鋼箔厚度為0.5μm～200μm。

3.如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，其特征在于：所述的底電極[2]為金屬鉬(Mo)膜，Mo膜厚度為500nm～900nm。

4.如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，其特征在于：所述的過渡層[3]為二硅化鉬(MoSi₂)膜，MoSi₂膜厚度為10nm～20nm。

5.如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，其特征在于：所述的N型薄膜層[4]、弱N型薄膜層[5]和P型薄膜層[6]材料，均為多晶薄膜β-FeSi₂，其導電類型由Fe/Si元素比進行調節。

6.如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池，其特征在于：所述的透明導電層[7]為氧化鋅鋁(ZnO:Al)膜，ZnO:Al膜厚度為200nm～300nm。

7.一種如權利要求1所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池制備方法，其特征包括以下步驟：

步驟一、在不銹鋼箔襯底[1]上，磁控濺射沉積背電極Mo膜[2]，厚度為500nm～900nm；

步驟二、采用磁控濺射硅(Si)靶，在背電極[2]上沉積厚度為3nm～10nm的Si薄層，硅靶材料純度為99.99％以上。在隨后真空環境下的快速熱退火工藝中，通過Mo與Si互擴散反應，在背電極[2]上形成二硅化鉬(MoSi₂)膜過渡層[3]，MoSi₂膜厚度為10nm～20nm。快速熱退火溫度為500℃～750℃，退火處理時間為3秒～10秒。

步驟三、采用磁控濺射孿生雙靶硅靶、鐵(Fe)靶，通過混合濺射方式沉積制備出Fe-Si膜，沉積時的襯底溫度為300℃～350℃，硅靶、鐵靶材料純度均為99.99％以上。混合濺射過程中，通過分別改變硅靶、鐵靶的濺射工藝參數，在Fe-Si膜層中的Fe/Si原子比逐漸由0.35增加至0.55。在隨后真空環境下的快速熱退火工藝中，通過Fe與Si互擴散反應，Fe-Si層轉變為膜層致密的N型β-FeSi₂[4]，膜層厚度為500nm～900nm。快速熱退火溫度為650℃～750℃，退火處理時間為10秒～30秒。

步驟四、采用磁控濺射鐵靶，在N型β-FeSi₂薄膜層[4]上沉積厚度為0.5nm～3nm的Fe薄層，鐵靶材料純度為99.99％以上。在隨后真空環境下的快速熱退火工藝中，通過Fe與Si互擴散反應，在N型β-FeSi₂薄膜層[4]上形成厚度為5nm～20nm的弱N型β-FeSi₂薄膜層[5]。快速熱退火溫度為550℃～690℃，退火處理時間為2秒～5秒。

步驟五、采用磁控濺射孿生雙靶硅靶、鐵靶，通過混合濺射方式沉積制備出Fe-Si膜，沉積時的襯底溫度為300℃～350℃，硅靶、鐵靶材料純度均為99.99％以上。混合濺射過程中，通過分別改變硅靶、鐵靶的濺射工藝參數，在Fe-Si膜層中的Fe/Si原子介于0.55～0.75。在隨后真空環境下的快速熱退火工藝中，通過Fe與Si互擴散反應，Fe-Si層轉變為膜層致密的P型β-FeSi₂[6]，膜層厚度為150nm～300nm。快速熱退火溫度為500℃～650℃，退火處理時間為6秒～20秒。

步驟六、采用磁控濺射沉積厚度為200nm～300nm的透明導電層[7]ZnO:Al膜，然后制備上電極Al膜[8]。

8.如權利要求7所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池制備方法，其特征在于：所述的步驟一至步驟六中的電池材料都可在真空環境下采用磁控濺射沉積獲得，磁控濺射沉積使用中頻、射頻或直流脈沖方法之一。

9.如權利要求7所述的柔性襯底硅化鐵薄膜太陽電池制備方法，其特征在于：所述的步驟三和步驟五中孿生雙靶，為兩個靶位以肩并肩形式并排放置。