[實用新型]一種非晶硅電池使用的p型半導體

有效

• 申請號: 201220659583.5
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN202977440U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 高平奇;孔英;王寬冒;黃艷紅;云驍健
• 申請（專利權）人: 保定風帆光伏能源有限公司
• 主分類號: H01L31/0376
• 分類號: H01L31/0376;H01L31/0352
• 代理公司: 保定市燕趙恒通知識產權代理事務所 13121
• 代理人: 楊玉清

技術領域

本實用新型涉及一種非晶硅電池使用的p型半導體。

背景技術

薄膜太陽能電池以其低能耗、低成本、可大面積集成以及較高的轉換效率代表著光伏發電技術的發展趨勢。硅基薄膜太陽能電池目前占據薄膜光伏電池的最大市場份額，一般采用PECVD(等離子體增強型化學氣相沉積)設備、使用含硅烷的源氣體制備而成。單結硅基薄膜電池通常表現為p-i-n結構，摻硼的硅薄膜（p層）作為窗口區，未摻雜的本征硅薄膜（i層）作為光吸收區，摻磷的硅薄膜（n層）用來形成內建電場，并采用透明導電氧化物薄膜作為前電極，金屬薄膜作為背部電極。????

p-i-n三層通常稱為一個光伏單元，或一個“結”，單結太陽能電池含有單一的光伏單元。在玻璃襯底上制備的單結非晶硅太陽能電池的結構一般為:玻璃/透明導電氧化物薄膜/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/金屬薄膜，其中p型a-SiC:H和n型a-Si:H在i層a-Si:H兩端建立一個內部電場，入射光透過p型a-SiC:H非晶硅層進入i層并在其中產生電子和空穴對，電子和空穴對被電場分離后由外部電路收集，從而將光能轉換成電能。由于非晶硅具有相對較寬的能帶隙（1.8?eV～2?eV）,決定了這種材料對能量小于1.8?eV的入射光子無吸收響應，導致其光譜利用效率不高，非晶硅的太陽光譜響應范圍為300nm～700nm。微晶硅薄膜是由晶粒尺寸小于幾十納米的硅晶粒組成，晶粒間界為非晶相,其同時擁有非晶硅和晶體硅的優點，通過控制制備工藝，其光學能帶隙甚至可以達到1.1?eV。相對于非晶硅，由微晶硅制成的薄膜電池具有較好的長波段響應，有效光譜吸收長波極限可以延伸至1100?nm。為了提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率，利用非晶硅和微晶硅分別對太陽光譜的短波和長波響應高的特點設計得到的非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池是目前國際上高效硅基薄膜電池的研究熱點。得益于全世界范圍內大量的著眼于光電轉換效率提升的研究工作，當下硅基薄膜光伏電池最高的實驗室效率已經超過13%。從工業界來說，非晶硅a-Si:H薄膜光伏電池最近幾年在全世界范圍內大量投產。拋開已經取得的成績不談，目前對于非晶硅薄膜電池領域還需要進一步的研究來提升產品的轉換效率。研究重點包括盡可能地減少光致衰減，光限域管理，能帶隙調制工程以及界面處理和p層性能改進等。

p層被夾疊在TCO前電極與本征吸收層（i層）之間，在硅基薄膜電池中起到建立內建電勢的作用，同時它也作為一個光學窗口層允許入射光穿過。理想的說，p層允許所有有用的光通過它進入本征吸收層（i層），同時p層也必須與前電極形成完美的電學接觸以最大限度的提升空穴的導出效率。典型的p層需要通過各種辦法來降低光吸收，例如通過摻雜碳（C）元素來擴寬能帶隙或者通過制備多晶或者微晶結構來降低光吸收。硼（B）元素，作為一種典型的p-型摻雜源，可以通過三甲基硼TMB源氣體引入到PECVD設備的反應腔體中參與化學反應。B元素的摻入量對p層硅基薄膜的電學性能起決定作用，而且一旦B元素經擴散進入i層，則會引起薄膜光伏電池性能的致命衰退。另外，在沉積p層的過程中不能對前電極透明導電氧化物薄膜造成損傷或者致使其分解。正是因為這些苛刻的條件要求，我們不得不對p層在薄膜電池中的作用進行廣泛而深入的研究。前電極和p層的接觸界面以及p層和i層的接觸界面特征在一定程度上決定了電池的性能。當前，前電極與p層以及p層和i層界面優化的辦法可歸納為以下兩種：1）在p和i層之間增加一緩沖過渡膜層，例如，本征碳化硅（SiC:H）膜層，由于其與非晶硅之間的能帶結構不同，會形成較高的導帶失配，有利于對向p層漂移的電子進行散射，同時并不影響空穴的收集效率；2）重摻雜的p型硅基膜層被用來作為接觸層，夾疊在前電極和p層之間，可以降低與前電極層的接觸勢壘。第一種辦法常常會帶來較大的光致衰減，而第二種方案則會加大入射光在窗口層中的額外吸收。?

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種非晶硅電池使用的p型半導體，該p型半導體既能允許更多有用的光通過它進入本征吸收層i層，同時能與前電極或者前一結電池完美接觸以最大限度的提升空穴的導出效率，從太陽光譜利用效率和載流子收集效率兩方面進行提升以提高由該p型半導體制備的光伏電池的能量轉換效率。