[發明專利]一種用于a-Si/nc-Si疊層太陽電池的雙功能復合結構微晶硅氧中間層的制備方法

在審

• 申請號: 201610021195.7
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105655449A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 嚴輝;杜敏永;張銘;俞鳳至;張悅;張永哲;張林睿;郁操;藍仕虎;張津巖;徐希翔;李沅民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于太陽電池領域，是一種用于a-Si/nc-Si疊層太陽能電池雙功能復合結構中間層的制備方法。

背景技術

太陽電池是一種可再生的清潔能源，對于解決能源危機及環境污染具有重要的戰略意義。近年來，硅基薄膜電池作為第二代太陽電池，以其低成本的優勢得到了長足的發展。

轉換效率低及非晶硅的光致衰退效應是限制硅薄膜電池發展的兩大重要因素。a-Si/nc-Si疊層電池相對于單結硅電池來說，不僅提高了對太陽光的利用率而且也降低了非晶硅引起的衰退作用。但是由于頂底電池吸收層厚度的過大差異使得頂電池的短路電流密度較小，因此，解決電池短路電流匹配成為研究重點。在疊層電池中引入中間層結構，可以有效地提高電池對太陽光的選擇性反射和透過，提高頂電池的短路電流密度。而當前的大部分結構為非晶n層和中間層，這對光的反射率的調控和電學性能的優化不足，且n層和中間層存在界面匹配不夠好，導致電池性能降低。因此，我們設計了新型的復合結構來彌補這種不足。

本發明利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法，通過技術創新采用復合結構的微晶硅氧薄膜作為疊層電池中間層，提高短波段光的反射進而提高了頂電池的短路電流密度，大大提高了a-Si/nc-Si疊層電池的短路電流匹配。并且以此復合結構的中間層作為頂電池的n層，實現硅氧中間層的雙功能作用。優化了電池的結構，一定程度上降低了電池的生產成本。

發明內容

本發明旨在解決a-Si/nc-Si疊層太陽電池中短路電流匹配問題。本發明的目的是提出一種用于a-Si/nc-Si疊層太陽電池的雙功能微晶硅氧薄膜的制備方法。

所述的雙功能復合結構微晶硅氧中間層為三層結構，具體制備方法，其特征在于，利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法制備，具體包括以下步驟：

a)以SiH₄、H₂和PH₃反應氣體，在高氫氣稀釋比狀態下在a-Si表面上生長n型微晶硅薄層；

b)以SiH₄、H₂、PH₃和CO₂為反應氣體，在步驟a)制備的n型微晶硅層上生長微晶硅氧中間層薄膜；

c)以SiH₄、H₂和PH₃為反應氣體，在高氫氣稀釋比狀態下在步驟b)微晶硅氧中間層薄膜上生長與a)相同的n型微晶硅薄層；因而形成三層復合結構。

根據本發明進一步：

優選，n型微晶硅薄層的制備為在高氫氣稀釋比下生長的，射頻或甚高頻功率密度優選在250mW/cm²-450mW/cm²，進一步優選250mW/cm²-380mW/cm²；生長n型微晶硅薄層時H₂與SiH₄的體積流量比為130:1-150:1，PH₃是以H₂為載氣的，PH₃與SiH₄體積流量百分比在2％～3％之間。

優選：生長微晶硅氧中間層時H₂與SiH₄的體積流量比為200:1-250:1。生長微晶硅氧中間層的射頻或甚高頻功率密度為450-500mW/cm²。生長微晶硅氧中間層的CO₂與SiH₄的體積流量比為(1.60-2.5):1。PH₃與SiH₄體積流量百分比在3％～5％之間，PH₃是以H₂為載氣的。

生長微晶硅氧中間層時腔室壓力為3mbar。

上述制備過程中，背底真空高于10^-3Pa，襯底溫度為200℃。

步驟a)中在a-Si表面生長n型微晶硅薄層是在高氫氣稀釋比狀態下，在生長完n型微晶硅薄層后，生長微晶硅氧中間層之前，PECVD腔室不破空。

n型微晶硅薄層的厚度為5-10nm；生長的微晶硅氧中間層的厚度為60nm。