[發明專利]一種納米晶硅薄膜太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201710006430.8
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106711288B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 黃仕華
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙)33216
• 代理人: 朱楓

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，尤其涉及一種微晶氧化硅為窗口層的帶隙可調的納米晶硅薄膜太陽能電池制備方法。

背景技術

目前，碲化鎘、銅銦鎵硒（CIGS）、硅基（非晶硅、微晶硅等）三類薄膜電池代表薄膜光伏市場的主流。與其他類型的薄膜電池相比，硅基薄膜太陽能電池還是比較低的，但是，由于硅基薄膜電池的原料在自然界的儲量豐富，采用的低溫等離子體化學氣相沉積（PECVD）工藝發展相對較為成熟，容易實現大面積和自動化生產，與目前主流的半導體工業相互兼容，因此，它在轉換效率、產業化設備、工藝可靠性、成本等方面獲得了較好的綜合優勢，并且較早的進入了產業化階段。因此，硅基薄膜太陽能電池一直是國內外研究機構、光伏廠商等競相追逐的研究和開發的熱點。在目前的薄膜太陽能電池中，非晶硅薄膜電池的工藝技術發展最為成熟，但是，由于非晶硅存在的光誘導衰退效應限制了電池的本征吸收層厚度的增加，導致了非晶硅電池的效率較低。氫化納米晶硅薄膜材料是由硅納米晶粒和晶粒間界構成的納米結構材料，具有高的電導率、寬帶隙、光吸收等特性。利用量子限制效應，通過調節晶粒尺寸和晶化率來調節納米晶硅的帶隙大小，優化薄膜對不同波段光的吸收；另一方面，納米晶硅薄膜具有良好的光照穩定性，可以有效地減少光致衰退效應（S-W效應）。此外，由于納米晶硅薄膜的制備工藝與目前的非晶硅薄膜工藝具有良好的兼容能力，故在硅基納米薄膜太陽能電池、大面積顯示屏等中有較大應用。

由于太陽光的光譜能量范圍分布較廣，而單一的半導體材料都只能吸收其中能量比材料帶隙寬度大的光子，而超出帶隙寬度的多余光子能量是通過熱量而耗散，不能有效地轉換成電能。在p-i-n薄膜太陽能電池中，如果電池的激活層（i層，本征層）是由帶隙漸變的多層薄膜組成，那么波長較短的太陽光能被寬帶隙的本征層吸收，而長波較長的太陽光能夠透射過去讓帶隙寬度較小的本征層吸收，這就有可能最大限度地將提高電池的光電轉換效率。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種納米晶硅薄膜太陽能電池的制備方法，改變納米晶硅薄膜帶隙寬度，以帶隙寬度逐漸變化的納米晶硅薄膜為本征層，改善電池的光吸收，以微晶氧化硅為窗口層，減少電池的非激活層的光吸收損失，最大限度地提高電池的光電轉換效率。

為此采用如下的技術方案：一種納米晶硅薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：

1）制備帶隙寬度可調控的納米晶硅薄膜：利用等離子體化學氣相沉積，制備納米晶硅薄膜，具體工藝參數如下：射頻輝光的激勵功率為0.5~1.5W/cm²；氫的稀釋比（氫氣與硅烷的體積比）為40~120，襯底溫度為150~250℃；反應氣壓為150~500Pa，可以獲得帶隙寬度在1.65~1.25eV可調的納米晶薄膜；

2）氧化硅薄膜的制備；利用等離子體化學氣相沉積制備微晶氧化硅薄膜，其生長及其摻雜與納米晶硅的方法完全相同，增加一CO₂生長氣源；氫稀釋比固定為300，調節CO₂稀釋比（體積比），微晶氧化硅的材料特性參數變化如下：當CO₂稀釋比從0到1.5變化時，電導率由0.1S/cm下降到10^-10S/cm，帶隙寬度從1.85eV增加到2.25eV；對于薄膜在光波長為500nm處的折射率而言，CO₂稀釋比從0增加到1.5時，微晶氧化硅的折射率從4.1減少到2.5；CO₂稀釋比固定為0.8，調節氫稀釋比，微晶氧化硅的材料特性參數變化如下：當氫稀釋比小于300時，暗電導率維持在10^-8S/cm附近，氫稀釋比從300增加到450時，暗電導率快速增加到10^-3S/cm；當氫稀釋比從0增加到450時，帶隙寬度從1.9增加到2.3eV；