[發(fā)明專利]一種基于激光誘導(dǎo)晶化的非晶硅薄膜太陽能電池器件的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410254559.7
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104037269A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史偉民;匡華慧;黃璐;金晶;陸舒逸;楊偉光;劉進(jìn);明秀春
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于激光誘導(dǎo)晶化的非晶硅薄膜太陽能電池器件的制備工藝，屬無機(jī)材料太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

受到高純度的硅原料極度短缺的影響，發(fā)展新一代的非晶硅（a-Si）薄膜太陽電池在當(dāng)今世界太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中顯得相當(dāng)重要。由于a-Si多缺陷的特點(diǎn)，摻雜往往使缺陷密度進(jìn)一步增加，a-Si太陽電池的基本結(jié)構(gòu)不是pn結(jié)，而是pin結(jié)。重?fù)诫s的p、n區(qū)在電池內(nèi)部形成內(nèi)建勢，以收集電荷。i區(qū)是光敏區(qū)，它對光子的吸收系數(shù)很高，對敏感譜域的光吸收殆盡。所以，p/i/n結(jié)構(gòu)的a-Si電池的厚度取500nm左右，而作為死光吸收區(qū)的p、n層的厚度限制在10nm量級。

非晶硅薄膜太陽電池比起晶體硅太陽電池有諸多優(yōu)勢：首先成本低廉，a-Si可以沉積在普通玻璃上，通過低溫（100~300℃）工藝，生產(chǎn)的耗電量小，能量回收時間短；其次它易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動化。但是同時，a-Si的缺點(diǎn)也是很明顯的，主要就是光電轉(zhuǎn)換效率較低，穩(wěn)定性較差。為此，在a-Si薄膜的基礎(chǔ)上引入再結(jié)晶技術(shù)，利用激光誘導(dǎo)晶化的方法將沉積好的a-Si薄膜通過退火轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序的多晶硅（poly-Si）薄膜。同時poly-Si薄膜太陽電池的電子遷移率也接近單晶硅薄膜太陽電池，比非晶硅薄膜太陽電池要高1~2個數(shù)量級。

另外，激光誘導(dǎo)晶化法主要是利用瞬間激光脈沖產(chǎn)生的高能量入射非晶硅薄膜表面，僅在薄膜表層產(chǎn)生熱能效應(yīng)，使非晶硅薄膜在瞬間達(dá)到1000℃左右，從而實(shí)現(xiàn)非晶硅向多晶硅的轉(zhuǎn)變。在此過程中，激光脈沖的瞬間能量被非晶硅薄膜吸收并轉(zhuǎn)化為相變能，因此不會有過多的熱能傳導(dǎo)到薄膜襯底。合理選擇激光的波長和功率，使用激光加熱就能夠使非晶硅薄膜達(dá)到熔化的溫度且保證基片的溫度低于450℃。因此激光晶化技術(shù)已成為一種具有良好應(yīng)用前景的微晶硅薄膜制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于激光誘導(dǎo)晶化的非晶硅薄膜太陽能電池器件的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于激光誘導(dǎo)晶化的非晶硅薄膜太陽能電池器件的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟：

A.??????采用等離子體化學(xué)氣相沉積法，在射頻功率為35W，功率源電容耦合為13.56MHz，襯底氧化銦錫（ITO）導(dǎo)電玻璃的溫度范圍為180～300℃，氣體輝光氣壓范圍為90Pa以下，制備各層非晶硅；其具體工藝參數(shù)為：

a.?????????p型層非晶硅的制備：硼烷B₂H₆與硅烷SiH₄質(zhì)量流量比為0.28%，厚度為20～50nm；

b.????????i型層非晶硅制備：硅烷SiH₄與氫氣H₂質(zhì)量流量比為10%，厚度為300～600nm；

c.?????????n型層非晶硅的制備：磷烷PH₃與硅烷SiH₄質(zhì)量流量比為0.55%，厚度為30～50nm；

B.?????光學(xué)薄膜層多晶硅的制備：使用波長為532nm的倍頻摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）激光輻照樣品表面，經(jīng)蠅眼技術(shù)整形為平頂綠色激光后晶化n型和p型層非晶硅，實(shí)現(xiàn)n型和p型層由非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч韫鈱W(xué)薄膜層，調(diào)節(jié)激光能量密度為600～1200mJ/cm²；?

C.?????陰極導(dǎo)電電極層的制備：使用磁控濺射制備摻鋁氧化鋅導(dǎo)電電極，厚度為15～30nm；

D.????環(huán)氧樹脂層封裝層的制備：配制環(huán)氧樹脂的透明溶液，澆注薄膜玻璃四周，蓋上上層玻璃蓋子，就得到非晶硅薄膜太陽能電池器件。

同現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1．非晶硅（a-Si）可以沉積在普通玻璃上，通過低溫（100~300℃）工藝條件來制備。

2．成本低，生產(chǎn)的耗電量小，能量回收時間短。

3．載流子遷移率高，利用激光誘導(dǎo)晶化后的多晶硅（poly-Si）遷移率明顯高于非晶硅（a-Si）兩個數(shù)量級。

4．易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動化。

通過控制晶化光學(xué)薄膜層多晶硅晶粒大小，可調(diào)節(jié)光學(xué)薄膜層為增反膜或增透膜，來調(diào)整器件的光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1?本發(fā)明中激光誘導(dǎo)晶化后多晶硅光學(xué)薄膜層的拉曼（Raman）表征圖譜和金相顯微鏡表面形貌表征。