[发明专利]氟掺杂的氧化锡膜、提升其光电特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总地涉及太阳能电池材料领域，更具体而言，涉及一种氟掺杂的氧化锡膜及提升其光电特性的方法和装置，所述氟掺杂的氧化锡膜可用于制造薄膜型太阳能电池的透明电极。

背景技术

近年来，由于气候变化和全球变暖，与传统的以化石矿物燃料为基础的能源生产相比，人们对清洁的、可再生的能源技术和产品的需求日益增多。太阳能是目前最受重视的洁净能源之一，因为归根到底地球上一切能量都来自于太阳光。光伏器件亦即太阳能电池可以直接把太阳辐射转化成电能，不需要任何“燃料”，也不牵涉任何机械运动装置。太阳能电池的应用正在世界各地大规模地传播开来。近来，薄膜型太阳能电池吸引了大量的发展和商业化努力。由于生产传统晶体硅太阳能电池所需的高成本、原材料的使用局限性和高能源消耗，使得它面临着日益严重的瓶颈问题。作为一种可替代品，氢化硅薄膜(包括非晶硅和纳米硅)证明了它在现实生产和应用中的潜力。薄膜硅光伏模板可以在低温下，大面积低成本地在便宜易得的基板上生产，形成全部集成的内联式电极接触，具有卓越的高温和低光工作特性。与此同时，薄膜太阳能光伏器件只使用少量的原材料，且其生产和使用不会对环境和人体健康构成威胁。它们是光伏建筑一体化(BIPV)工程的理想材料，因为基板玻璃或其它建筑材料很自然地成为薄膜BIPV模板的组成部分。此外，美观而自然的半透明太阳能光伏模板只能由薄膜硅光伏材料来制造。

通常的基于薄膜硅的用玻璃作为基板的太阳能电池的结构为：玻璃/TCO/p-i-n/BC，也简称为p-i-n型太阳能电池。这里，TCO(透明导电氧化物)被用作透明导电的前电极(前接触层)，BC是指背电极(背接触)薄膜。在p-i-n型结构中，p层、i层和n层分别由基于硅的薄膜构成。例如，传统的p层由宽能带隙(宽带隙)氢化非晶硅合金制成，最常见的是厚度为10-20纳米的由硼重度掺杂的非晶硅碳(a-SiC)p型半导体薄膜。起到光电转换作用的i层为非掺杂的非晶硅、纳米硅、或它们的合金。n层为磷掺杂的薄膜硅。

为了达到较高的光电能量转换效率，一个优质的TCO前电极是必不可少的。目前，最常见且效果最佳的TCO前电极是氧化锡SnO₂。为了同时得到高电导率和光透射率，通常使用的是氟掺杂的氧化锡(SnO₂:F)，厚度在600-1000纳米(0.6-1.0微米)之间，通常用大气压化学气相沉积法(APCVD)沉积获得。为了使薄膜硅太阳能电池具有高性能，SnO₂:F前电极必须同时满足以下条件：1)为了降低光损失且提高在太阳能电池内部产生的光电流，波长在400-1000纳米之间的光透射系数优选大于78％；2)不大于20Ω/□的低薄膜方块电阻(简称方块电阻)，使太阳能电池的电阻损失最小化；3)适当的光学散射性能，光散射比率(相对于直接透射的光)大于7％，在p-i-n结构中产生光陷阱效应，从而有助于弱吸收的长波光的捕获；4)卓越的稳定性；5)与薄膜硅层的优质兼容性，在SnO₂/Si界面具有低接触电阻。