[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201210264393.8
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102760776A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤洪
• 申請（專利權(quán)）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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性襯底硅化鐵(β-FeSi₂)薄膜太陽電池及其制備方法。?

背景技術(shù)

直接帶隙半導(dǎo)體材料硅化鐵(β-FeSi₂)具有原材料儲(chǔ)量豐富、無毒性、高吸收系數(shù)(～10⁵cm^-1)等特點(diǎn)，其帶隙寬度為0.8eV～0.92eV，在光電、熱電、微電子等領(lǐng)域越來越受到重視和發(fā)展。?

β-FeSi₂材料帶隙寬度較窄，其對太陽光光譜的響應(yīng)范圍可擴(kuò)展至1450nm左右，大大地提高了太陽光譜的利用率，基于β-FeSi₂材料的太陽電池理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)25％以上。太陽電池中的β-FeSi₂材料厚度小于1μm，并可采用磁控濺射等低成本鍍膜方法進(jìn)行制備，將大幅降低太陽電池的制備成本。因此，β-FeSi₂薄膜被視為一種可實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比、長壽命太陽電池的新型光伏材料。?

目前，基于β-FeSi₂材料的太陽電池結(jié)構(gòu)主要為β-FeSi₂/Si異質(zhì)結(jié)形式，即在單晶Si襯底上沉積β-FeSi₂材料，從而制備出太陽電池。2006年日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所研究人員制備出β-FeSi₂/Si異質(zhì)結(jié)太陽電池，電池效率為3.7％(Solar?Energy?Materials&Solar?Cells?90(2006)276)。上述研究機(jī)構(gòu)也開展了在金屬鉬、鐵、不銹鋼等非硅廉價(jià)襯底材料上制備β-FeSi₂薄膜材的相關(guān)研究，β-FeSi₂材料由面向?qū)Π写趴貫R射沉積獲得(Thin?Solid?Films?515(2006)1532)；另外，該機(jī)構(gòu)研究人員在不銹鋼上預(yù)沉積Fe₃Si過渡薄層，以制備出低剩余電子濃度的單一相結(jié)構(gòu)β-FeSi₂，但效果并不理想(Journal?of?Crystal?Growth?307(2007)82)。專利CN101388423B提出了一種在陶瓷薄片、耐高溫金屬薄片等非硅襯底上制備β-FeSi₂薄膜材料的制備方法，主要采用磁控濺射?等鍍膜手段，通過多周期方式制備出Si/Fe多層膜，隨后進(jìn)行700℃～1000℃下熱退火獲得晶態(tài)半導(dǎo)體β-FeSi₂薄膜，但是這種制備方法增加了工藝過程，提高了制造成本。專利CN200910068154.3提出了在單晶硅上制備β-FeSi₂/Si異質(zhì)結(jié)太陽電池的方法，其中利用直流磁控濺射Fe-Si組合靶沉積出Fe-Si薄膜，然后通過后續(xù)的Ar氣氛圍、100℃～1000℃下熱退火工藝獲得單一相β-FeSi₂薄膜，退火時(shí)間為0.5～20小時(shí)；Fe-Si組合靶采用孿生對向靶方式，其靶材結(jié)構(gòu)為硅片綁定在鐵靶上面組合而成。?

目前，硅化鐵薄膜太陽電池襯底主要使用Si材料，材料成本高，不利于電池產(chǎn)品的市場應(yīng)用。在廉價(jià)的不銹鋼箔等非硅襯底上，制備β-FeSi₂薄膜太陽電池，可大幅降低材料成本，同時(shí)電池具有輕質(zhì)、可卷曲、便于攜帶等特點(diǎn)，大大提高了電池產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，并易于采用卷對卷連續(xù)化方式進(jìn)行大面積電池產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)一步降低電池成本。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型結(jié)構(gòu)的柔性硅化鐵(β-FeSi₂)薄膜太陽電池及其制備方法，不但可以提高電池性能，而且太陽電池pn結(jié)都由β-FeSi₂多晶薄膜材料組成，大幅降低電池材料成本，并具有輕質(zhì)、可卷曲等特點(diǎn)。?

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種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(dǎo)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。?

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明以N型多晶薄膜β-FeSi₂、弱N型多晶薄膜β-FeSi₂和P型多晶薄膜β-FeSi₂形成n-p同質(zhì)結(jié)，其導(dǎo)電類型由Fe/Si元素比進(jìn)行調(diào)節(jié)，有利于實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的柔性襯底β-FeSi₂薄膜太陽電池。?