[发明专利]硅基薄膜太阳电池用窗口材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及薄膜太阳电池领域，尤其是硅基薄膜太阳电池用窗口材料及其制备方法。

【背景技术】

太阳电池可直接将太阳能转变成电能。大规模的光伏发电，近期可解决我国广大中西部无电地区居民的能源问题，使这些地区走出能源困境。从长远来看，要使光伏发电真正成为未来能源体系的重要组成部分，关键是实现其性能/价格比可与常规能源相当。根据我国的基本国情，为实现太阳电池服务于国民经济的未来目标，降低太阳电池成本和实现太阳电池的薄膜化已被我国定为发展太阳电池的主要方向。

硅基薄膜太阳电池除了具有薄膜太阳电池共有的省材、低能耗、便于大面积连续生产等低成本优势外，还具有原材料丰富、无毒、无污染，能耗低(＜200℃)等优点。非晶硅薄膜太阳电池由于其存在光致衰退效应，因而限制了其应用，而微晶硅基或纳米硅基薄膜太阳电池由于其有序性的提高，几乎没有衰退问题，而且微晶硅基或纳米硅基电池可拓展光谱响应范围(非晶硅的光谱响应范围大约400-800nm，而微晶硅的大约在400-1200nm)，提高电池光电转换效率的潜力很大，微晶硅基薄膜太阳电池的研究已经成为硅薄膜太阳电池领域关注的热点。

作为太阳电池中的关键材料之一的窗口材料，其带隙的宽窄、电导率的高低，将直接影响电池的短路电流及填充因子的大小。现有的硅基薄膜太阳电池中，不论是非晶硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池以及硅锗薄膜太阳电池，其窗口材料均是P型材料，即太阳光从电池的P方向入射。

随着太阳电池应用发展，人们在研究开发高效率、低成本太阳电池的同时，越来越注重提高电池的柔性可展开和质量比功率。因为刚性太阳电池的质量比功率大，且其几何形状不易改变，在一定程度上限制了其应用的范围。而柔性衬底太阳电池可以采用塑料等廉价衬底，降低成本的潜力很大；同时，柔性衬底太阳电池还具有重量轻、柔软可卷曲、不怕碰撞等特点。因此，高效柔性衬底太阳电池的获得具有很重要的意义。

目前，硅基薄膜太阳电池结构的核心部分为硼掺杂硅基薄膜P、本征硅基薄膜I和磷掺杂硅基薄膜N。已实现产业化的成熟的硅基薄膜太阳电池，主要为透明玻璃衬底，而且考虑到非晶硅基薄膜太阳电池中，空穴的迁移率要比电子的迁移率低将近2个数量级，因此要求太阳光必须从电池的P型层入射，因此玻璃衬底上要求的太阳电池结构为P/I/N。对于应用于柔性衬底的薄膜太阳电池，柔性衬底例如不锈钢或塑料衬底(聚酰亚胺)均为不透明材料，为了让光从P层入射，电池的结构需要为N/I/P，这样较为成熟的制备玻璃衬底上P/I/N结构太阳电池所对应的沉积工艺，将不能很好的转移到柔性衬底太阳电池中。

【发明内容】

本发明目的旨在为克服现有技术的不足，而提出硅基薄膜太阳电池用新的窗口材料及其制备方法。

使用该窗口材料制作的硅基薄膜太阳电池可为柔性或刚性衬底，且太阳电池结构为P/I/N，因此窗口材料为N型材料；也可以为透明柔性或刚性衬底，且电池的结构可为N/I/P，因此窗口材料为N型材料。

本发明为实现上述目的，设计了新的硅基薄膜太阳电池用窗口材料，所述的窗口材料为磷掺杂硅基薄膜N，是在待处理样品的本征硅基薄膜I上或透明导电薄膜T1上沉积磷掺杂硅基薄膜N而制成，该磷掺杂硅基薄膜N为磷掺杂微晶硅氧薄膜，或者磷掺杂的N型纳米硅氧；反应沉积参数为：反应气体压强0.1托以上，辉光功率密度为10-1000毫瓦/平方厘米，待处理样品表面温度为80-350℃，氢稀释硅烷浓度SC＜10％，辉光激励频率为13.56MHz-100MHz，含磷气体与硅烷之比PS≤2％。

上述硅基薄膜太阳电池用窗口材料的制备方法，包括以下步骤：

第一、将待处理样品放入沉积系统中，本底真空高于10^-4托；

第二、通入反应气体，包括：硅烷、氢气、磷烷、二氧化碳等气体；

第三、在第一步所述的待处理样品的本征硅基薄膜I上或透明导电薄膜T1上沉积作为硅基薄膜太阳电池用窗口材料的磷掺杂硅基薄膜N，所述的磷掺杂硅基薄膜N为磷掺杂微晶硅氧薄膜，或者磷掺杂的N型纳米硅氧；

其中反应沉积参数为：反应气体压强0.1托以上，辉光功率密度为10-1000毫瓦/平方厘米，待处理样品表面温度为80-350℃，氢稀释硅烷浓度SC＜10％，辉光激励频率为13.56MHz-100MHz，含磷气体与硅烷之比PS≤2％。

上述第一步沉积系统中采用的沉积方法是等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法或甚高频等离子体增强化学气相沉积法。