[发明专利]薄膜、薄膜的形成方法和具有该薄膜的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜、薄膜的形成方法和具有该薄膜的太阳能电池。

背景技术

近年来，由于能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注。这其中尤以太阳能的利用特别受到世人的普遍青睐。作为太阳能转换媒介的光伏(photovoltaic)器件的开发引起了普遍关注。氢化非晶硅和纳米晶硅薄膜光伏器件以其大面积、低成本、可做成轻薄易于铺设安装的光电产品等优势代表着光伏技术的发展趋势，随着光伏器件在商业和住宅设施中的广泛应用，显现出巨大的潜力。

光伏器件，又称为太阳能电池或光伏电池，用于将光能直接转换成电能。当光进入光伏器件并被器件的活性区吸收时，产生电子和空穴对，电子和空穴被器件里的电场分离开来，迁移并扩散后被外电路收集。图1所示为典型的p-i-n型薄膜太阳能电池结构示意图，如图1所示，p-i-n型薄膜太阳能电池结构包括具有高透明度和结构稳定的基板10，在基板10上形成的透明导电氧化物前电极(前接触层)11；然后是p层12，其材料通常为硼掺杂的非晶硅合金，例如非晶硅碳(a-SiC)，非晶硅氮(a-SiN)，或者非晶硅氧(a-SiO)；i层13，通常由本征的非晶硅、纳米硅、或非晶硅锗合金构成；n层14，通常由磷掺杂的非晶硅或纳米硅组成；另一层透明导电膜15，通常是由铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al)构成，一金属膜16，一个密封性的粘合层17和一个防护背板18。内置电场在由基于非晶硅或纳米硅材料的p-i-n结构中形成。透明导电膜15和金属膜16一起作为器件反光体和背接触层(背电极)，它们被合称为反光背电极。

为了改善其能量转换效率并提高光照稳定性，已知的方法是形成一个叠式太阳能电池，也称为多结太阳能电池(叠层电池)，它可以有效地增加各种能量和波长的被吸收光子的总量。具有更高光吸收性的多结光伏器件由两个或多个p-i-n光伏电池叠加形成。每个p-i-n结构光伏电池被称为一结。这种多结太阳能电池中每结电池都具有上述p-i-n结构。

在具有p-i-n型结构的太阳能电池中，当光19按箭头方向进入时，光辐射被i层13吸收，产生光致电子空穴对，电子空穴对发生分离，在内置电场的作用下，电子流向n型导电区域，空穴流向p型导电区域。这种基于吸光后的电子空穴流动产生了光伏电池的光电压与光电流。有的入射光被掺杂层(p层和n层)吸收，由于在这些层产生的载流子寿命极短，在被收集后就立即复合，因此入射光被掺杂层的吸收对光伏电池的光电流的生成没有帮助，而且掺杂层的最小吸收会增强p-i-n型光伏电池的短路电流。为了最大限度地减小掺杂层的光吸收损耗，同时不减弱其对内置电场的贡献，要求掺杂层具有宽带隙。氢化非晶硅薄膜的带隙加宽材料通常包括碳、氮、氧、硫等元素，但是，掺杂层中带隙加宽材料的增加，必然导致其电阻率上升。此外，对于i层，为获得高转换效率的太阳能电池，i层应该由宽带隙薄膜构成，轻度的掺杂氧、氮、硫等元素构成的宽带隙硅薄膜，如：非晶硅氧、非晶硅氮、非晶硅硫，并非本征型的半导体，而且光照稳定性大幅下降，因此不适合用作i层。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种薄膜，所述薄膜为氟化非晶硅薄膜，所述薄膜的光能带隙为1.7eV～3eV，所述薄膜的氟和氢的原子浓度分别为1～25％和3～18％。

优选地，所述薄膜为p层。

优选地，所述薄膜为i层。

优选地，所述薄膜为n层。

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜的形成方法，包括：

提供一反应室，在反应室中设置基板；

通入含硅和含氟的混合气体；

将所述气体混合物电离为等离子体在基板表面沉积氟化非晶硅薄膜。

优选地，所述基板的温度维持在110℃～230℃，反应室中的气压为0.3mbar～6mbar，等离子体功率密度为20mW/cm²～200mW/cm²。

优选地，所述混合气体包括SiF₄和SiH₄，SiH₄和XeF₂，SiFH₃和SiF₄，SiH₄和F₂，或SiH₄和HF，或它们的组合。

优选地，所述混合气体中还包括氢气和氩气。