[發明專利]一種微晶硅薄膜太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410321489.2
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104332512A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 李新利;毛志平;馬戰紅;李武會;任鳳章;王宇飛;許榮輝;柳勇
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于薄膜太陽能電池技術領域，具體涉及一種微晶硅薄膜太陽能電池，同時還涉及一種微晶硅薄膜太陽能電池的制備方法。

背景技術

微晶硅薄膜是介于非晶硅和單晶硅之間的一種混合相無序半導體材料，是由幾十到幾百納米的晶硅顆粒鑲嵌在非晶硅薄膜中所組成的；它兼備了非晶硅和單晶硅材料的優點，被認為是制作太陽能電池的優良材料。同其它薄膜太陽能電池相比，微晶硅薄膜太陽能電池具有以下應用優勢：1)成本低；2)具有較高的電導率、高的吸收系數和無明顯光致衰減現象；3)具有易實現大面積制備、集成化等優點；4)在對太陽光譜不同波段的有效光電轉換方面與非晶硅薄膜電池可形成很好的互補。

在光伏產業中，晶體硅電池和硅基薄膜電池占據90％以上，而硅基薄膜電池相比于晶體硅電池由于可以大規模連續化生產并且高效等特性受到廣泛關注。在玻璃襯底上沉積微晶硅薄膜電池一般采用的都是pin型結構的電池，電池的結構依次為玻璃襯底、透明導電薄膜、p型微晶硅薄膜窗口層、本征微晶硅薄膜吸收層、n型非晶硅或微晶硅層和背反射電極。一般情況下，摻硼的p型微晶硅薄膜窗口層具有較寬的光學帶隙，其與本征微晶硅薄膜吸收層之間往往存在著能帶之間的失配問題，在p/i界面形成一個帶隙突變的異質結，導致界面處缺陷態密度增加，使得界面處電子和空穴復合幾率增加，降低電池對光生載流子的收集效率。同樣，i/n界面對電池性能也有重要的影響，因為n層摻雜后缺陷態密度增加，在i/n界面處也存在著同樣的問題。同時，p型微晶硅薄膜窗口層中的硼與n型非晶硅或微晶硅層中的磷容易擴散進入本征微晶硅薄膜吸收層形成缺陷中心，硼與磷會在界面處堆積影響本征微晶硅薄膜吸收層內電場的均勻分布，從而降低電池的整體性能。

為了改善微晶硅薄膜太陽能電池的界面問題，研究者采用熱絲法沉積緩沖層來改善電池的pi界面特性(參見Y.Mai,S.Klein,R.Carius,and?H.Stiebig，X.Geng，F.Finger.APPLIED?PHYSICS?LETTERS87,073503(2005))，但是這需要引入新的沉積設備進行熱絲化學氣相沉積，生產成本較高，不易進行工業化生產。專利CN100487926C公開了一種高速沉積微晶硅太陽電池P/I界面的處理方法，采用甚高頻先低速沉積一薄膜作為籽晶層然后再高速沉積來改善電池的pi界面，該方法操作復雜，不易控制，且對于界面問題的改善和電池效率的提高有限，還不能滿足使用的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種微晶硅薄膜太陽能電池，解決現有pin結構電池的p/i和i/n界面缺陷和能帶失配的問題。

本發明的第二個目的是提供一種微晶硅薄膜太陽能電池的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種微晶硅薄膜太陽能電池，包括襯底、透明導電薄膜、p型微晶硅薄膜窗口層、本征微晶硅薄膜吸收層、n型微晶硅層和背反射電極；所述p型微晶硅薄膜窗口層與本征微晶硅薄膜吸收層之間設有pi界面層，所述本征微晶硅薄膜吸收層與n型微晶硅層之間設有in界面層。

所述襯底為玻璃襯底。

所述pi界面層為具有沿p型微晶硅薄膜窗口層到本征微晶硅薄膜吸收層方向依次遞減的硼摻雜梯度的微晶硅薄膜層。

pi界面的硼摻雜梯度是以p型微晶硅薄膜窗口層的硼摻雜量作為最大值，在界面層內依次遞減至硼摻雜量為0。

所述pi界面層的厚度為5～20nm。

所述in界面層為具有沿本征微晶硅薄膜吸收層到n型微晶硅層方向依次遞增的磷摻雜梯度的微晶硅薄膜層。

in界面層的磷摻雜梯度是從磷摻雜量為0開始，在界面層內依次遞增至與n型微晶硅層的磷摻雜量相等。

所述in界面層的厚度為5～30nm。

所述pi界面層的晶化率為45％～75％；所述in界面層的晶化率為30％～55％。

所述pi界面層的晶化率高于in界面層的晶化率。

一種上述的微晶硅薄膜太陽能電池的制備方法，包括下列步驟：

1)采用射頻等離子體增強化學氣相沉積法，在p型微晶硅薄膜窗口層沉積結束后，保持輝光不斷，將通入的摻雜氣體切斷，利用反應腔室中剩余的摻雜氣體繼續沉積至摻雜氣體耗盡，在p型微晶硅薄膜窗口層上制備出pi界面層；

2)采用射頻等離子體增強化學氣相沉積法，在本征微晶硅薄膜吸收層沉積結束后，等離子體起輝后進行沉積，再通入摻雜氣體并逐漸增大流量，在本征微晶硅薄膜吸收層上制備出in界面層。

所述射頻等離子體增強化學氣相沉積法的反應氣體為硅烷和氫氣。