[發(fā)明專利]可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310742938.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103715284A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鐵巖;趙琰;張東;鞠振河;鄭洪;李昱材;宋世巍;王健;邊繼明;劉寶丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/0392;H01L31/075;H01L31/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于柔性太陽(yáng)能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法。

背景技術(shù)

柔性襯底薄膜太陽(yáng)能電池是指在柔性材料即聚酰亞胺（PI）或柔性不銹鋼上制作的薄膜太陽(yáng)能電池，由于其具有攜帶輕便、重量輕以及不易粉碎的優(yōu)勢(shì)，以及獨(dú)特的使用特性，從而具有廣闊的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的薄膜太陽(yáng)能電池以基于玻璃襯底的非晶硅薄膜為主，其制作方法是：使用硅烷（SiH₄)，同時(shí)摻雜硼烷（B₂H₆)和磷烷（PH₃)等氣體，在廉價(jià)的玻璃襯底上低溫制備而成，形成光伏PIN單結(jié)或者多結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。

目前，技術(shù)相對(duì)成熟的薄膜太陽(yáng)能電池大多都是硅基材料，其PIN中的I層一般都是非晶或者微晶硅（Si）薄膜。非晶或者微晶硅（Si）薄膜又稱無(wú)定型硅，就其微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，是短程有序但是長(zhǎng)程無(wú)序的不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包含大量的懸掛鍵和空位等缺陷。但是由于非晶或者微晶硅（Si）薄膜帶隙寬度在1.7eV左右，對(duì)太陽(yáng)能輻射光譜的長(zhǎng)波很不敏感，使其光電轉(zhuǎn)化效率較低，而且還存在明顯的光致衰退效應(yīng)，使太陽(yáng)能電池的光致性能穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法，通過(guò)采用帶隙寬度可以調(diào)整到太陽(yáng)能電池最敏感的區(qū)域的In_xGa_1-xN晶體薄膜作為柔性太陽(yáng)能電池的本征層（I層），其量子阱結(jié)構(gòu)提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和光致性能的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池，是以聚酰亞胺（PI）作為柔性襯底，襯底上是AlN絕緣層，AlN絕緣層上方是Al背電極，Al背電極上方是作為緩沖層的鎵摻雜氧化鋅（GZO）基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是N型氫化納米晶硅（nc-Si:H）薄膜，N型nc-Si:H薄膜上方是I層本征In_xGa_1-xN薄膜，I層本征In_xGa_1-xN薄膜上方是P型nc-?Si:H薄膜，P型nc-?Si:H薄膜上方是GZO基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是Al金屬電極；具體結(jié)構(gòu)是：Al電極/GZO?/P型nc-Si:H/I層本征In_xGa_1-xN/N型nc-Si:H/GZO?/Al背電極/AlN/?PI柔性襯底，其中I層本征In_xGa_1-xN薄膜的帶隙寬度可調(diào)且具有量子阱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

???（1）將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N₂吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9.0×10^-4?Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，以Ar和N₂混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N₂流量比（4~10）:1，將柔性PI襯底基片加熱到100~200℃，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為30~60min；

????（2）在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以金屬鋁為靶材，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為10~20sccm，襯底溫度為50~150℃，沉積時(shí)間為3~10min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/?PI柔性襯底；

（3）采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)（ECR-PEMOCVD），制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到200～400℃，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的三甲基鎵（TMGa）、二乙基鋅(DEZn)和O₂，TMGa、DEZn和O₂的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為0.8~1.2Pa，沉積時(shí)間為10～20min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AlN/?PI柔性襯底基片；